Исследователи из России, в том числе из Кабардино-Балкарского государственного университета (КБГУ), успешно синтезировали экологически безопасные полимерные материалы. Эти инновационные соединения потенциально могут полностью заменить металлы в ключевых промышленных сферах, таких как медицина, авиастроение и автомобилестроение, сообщили в пресс-службе КБГУ.
В современной индустрии существует постоянная потребность в создании конструкций, которые были бы легче металлических, но при этом сохраняли высокую прочность. Подобные решения имеют особую важность для авиации, где каждый сэкономленный килограмм напрямую влияет на расход топлива, а также для медицинской отрасли. Однако традиционные полимерные материалы часто не обладают необходимой термостойкостью и механической прочностью, что ограничивает их применение в таких критических областях.
Разработанные учеными КБГУ новые полимеры призваны решить эту проблему. Они демонстрируют исключительную устойчивость к широкому диапазону температур, выдерживая условия от минус 100 до плюс 300 градусов Цельсия. Помимо этого, новые материалы значительно легче своих металлических аналогов: они на 70% легче титана, на 50% легче алюминия и на 80% легче стали.
«Наши разработки позволяют заменить металлы в самых разных отраслях, от медицинской техники до компонентов самолетов, значительно снижая общий вес изделий,» — отметила Светлана Хаширова, проректор КБГУ по научно-исследовательской работе. Она привела пример из авиации: «Замена всего лишь 15 тысяч металлических крепежных элементов в одном самолете на полимерные аналоги может привести к ежегодной экономии более 2 миллионов рублей на топливе и сокращению выбросов углекислого газа на 80 тонн в год.»
По словам Хашировой, уникальность нового подхода заключается в адаптации технологии порошкового литья (PIM), ранее применявшейся исключительно для обработки металлов и керамики, к работе с полимерами. Этот метод позволяет эффективно перерабатывать даже сверхвысокомолекулярные полимерные порошки, которые чрезвычайно сложны в обработке с использованием стандартных технологий.
Предложенная учеными технология отличается высокой экологичностью: она минимизирует образование отходов, ускоряет процесс производства и расширяет возможности создания сложных пластиковых деталей. Сами материалы пригодны для многократной вторичной переработки.
В ходе исследований метод порошкового литья применялся к высокотемпературным полимерным порошкам, таким как полиэфиркетоны (включая PEEK) и полисульфоны (такие как PPSU). Эти материалы уже используются в авиации и медицине, но инновация российских ученых заключается в возможности переработки ценных сверхвысокомолекулярных фракций для производства изделий сложной конфигурации.
«Мы успешно определили оптимальные параметры процесса спекания полимерных порошков, что дает нам возможность изготавливать детали со сложной геометрией,» — рассказал Азамат Слонов, старший научный сотрудник Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ. «Это открывает принципиально новые перспективы для производства компонентов, недостижимых с помощью традиционных методов, таких как литье под давлением или экструзия.»
В ближайшем будущем ученые планируют вывести на рынок линейку из 10 марок полимеров, предназначенных для медицинского применения. Благодаря своей прочности, разработанные материалы выдерживают многократную стерилизацию и позволят создавать легкие и удобные хирургические инструменты, что особенно важно при проведении длительных операций. На данный момент производство подобных материалов в России отсутствует.
Исследовательская работа велась в сотрудничестве с Институтом нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН и получила финансовую поддержку от Российского научного фонда.
