Пластмассовая информация: новый материал заменит дерево и металл
Российские ученые разработали технологию производства пластика, который превосходит по прочности металлы, но при этом остается легким, как дерево. Такие характеристики дают возможность делать из материала детали, которые ранее изготавливали из металлических сплавов, например компоненты двигателей внутреннего сгорания. По мнению экспертов, изобретение будет востребовано во многих отраслях промышленности, однако окончательно понять его свойства можно только после испытаний в реальных условиях работы.
Несгибаемая прочность
Специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) создали и запатентовали устройство для производства нового вида пластика. Он сочетает в себе полезные свойства разных материалов и может использоваться в качестве альтернативы металлам, дереву или даже костной ткани человека. Об этом «Известиям» сообщили в Минобрнауки. Разработку можно применять, например, для создания отдельных деталей сложного оборудования или как сырье для 3D-печати. При этом стоимость новой пластмассы намного ниже затрат на природные материалы.
— На практике пользователю обычно не нужны самые высокие прочностные характеристики металлов или уникальные качества других материалов. А предложенный нами композит находится в том пользовательском «окне», где еще сохраняется относительно высокая прочность, но при этом достигается значительная легкость материала, — сказал руководитель научного центра «RASA-Политех» СПбПУ Игорь Радченко.
По прочности новый пластик сопоставим с металлами. По этому показателю он не дотягивает до конструкционной стали, но превосходит алюминий и некоторые сплавы. При этом материал легче их, а по плотности похож на дерево. Поэтому его можно применять там, где нужны одновременно легкость и прочность, например в строительстве летательных аппаратов.
Этот пластик получают с помощью смешивания порошкового полимера, на который воздействуют электричеством, и углеродных волокон, которые облепляют частицы порошка. Затем масса плавится, превращаясь в похожую на мед густую жидкость, и твердеет. На выходе аппарат выдает уникальный композит в форме гранул.
Как пояснили разработчики, полимер в композите отвечает за сжатие, а волокна — за растяжение. Стандартные технологии позволяют добавлять волокна длиной в доли миллиметров — 300 микрон и даже меньше. Специалистам из Петербурга удалось увеличить их длину до нескольких миллиметров, тем самым придав материалу полезные качества.
Разработку вели в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030».
Редкая пластичность
Полимеры, служащие основой нового материала, сегодня производят из газа и нефти в огромных количествах и по очень низким ценам. Это делает разработку ученых из Петербурга перспективным инновационным бизнес-проектом. На данный момент использовать удлиненные углеродные волокна для получения особых свойств пластмассы научились только специалисты Политеха, и аналогов их изобретению в мире пока нет.
— В условиях западных санкций нашу разработку можно использовать для создания временной замены вышедшим из строя деталям для иностранного промышленного оборудования. Из-за сложной геополитической обстановки доставка оригинальных компонентов из других стран может затягиваться на долгие месяцы. Производство временного аналога детали из пластика не требует больших временных и финансовых затрат и позволяет избежать простоя предприятия, — сказал Игорь Радченко.
Еще одним возможным сценарием применения такого пластика может стать изготовление медицинских протезов и имплантов. Благодаря легкому весу и физическим свойствам из материала можно сделать точную копию костей человека.
Особенность таких композитов — в увеличении прочности полимера за счет микроволокон углерода, обладающих чрезвычайно высокой термостойкостью, пояснила «Известиям» доцент кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Татьяна Зимина. Это делает перспективным применение материала в различных областях техники, включая изготовление двигателей внутреннего сгорания и изделий военного назначения, согласна она.
— Преимуществом материала можно назвать низкий удельный вес, возможность придавать ему любую форму за счет полимерного связующего и возможность энергоэффективной механической обработки, — сказала Татьяна Зимина.
Чтобы всесторонне оценить свойства разработки, необходимы испытания в реальных условиях, считает доцент Института экологии РУДН Владимир Пинаев.
— Пока непонятно, можно ли использовать этот пластик для пищевого производства, как его утилизировать и можно ли перерабатывать, сжигать или безопасно захоронять. А чтобы определить срок его службы и степень износостойкости, понадобятся годы испытаний, — сказал он.
Влияние материала на окружающую среду определят вещества, которые будут выделяться в процессе его производства, эксплуатации и утилизации. Это могут оказаться выбросы, включая выделения из пластика в процессе его применения, сбросы, например сточных вод, и отходы как при промышленной выработке пластика, так и утратившего потребительские свойства продукта, заключил специалист.
