Они помогут росту защитных характеристик полимеров, а именно — самовосстановлению на микроуровне в условиях естественной эксплуатации предметов в агрессивных средах. Они будут востребованы в таких сферах, как энергетический комплекс, включая АЭС, химическую промышленность, нефтегазовую отрасль, авиакосмическую промышленность и строительство. Подробнее о полимерах, которые умеют «починить» себя на микроуровне, — в материале «Известий».
Умные свойства материалов
Центр НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ имени Н. Э. Баумана совместно с Институтом физической химии и электрохимии (ИФХЭ) РАН создал «умные» полимерные покрытия, способные самостоятельно адаптироваться к сложным условиям эксплуатации. Их использование увеличит срок эксплуатации различных изделий и устройств.
По сути, такие материалы умеют «починить» себя на микроуровне при повреждениях, например при микротрещинах, которые со временем могут привести к коррозии или выходу из строя конструкции. Это не просто увеличивает срок службы покрытий, но и защищает оборудование без необходимости частого обслуживания.
— Создание «самозалечивающихся» материалов всё еще находится на ранней стадии развития, они обладают огромным потенциалом и возможностями применения, в особенности в тех случаях, когда в труднодоступных зонах необходимо обеспечить надежность на как можно более длительный срок. Одним из самых перспективных направлений совершенствования противокоррозионных покрытий стала разработка новых спецматериалов с заданными электрохимическими свойствами и технологий производства композитов и их компонентов, — подчеркнул заведующий лабораторией ИФХЭ Вячеслав Щелков.
В качестве основных сфер применения эксперт назвал энергетический комплекс, включая АЭС, химическую промышленность, нефтегазовую отрасль, авиакосмическую промышленность и строительство, то есть там, где важна противокоррозионная защита металлической поверхности технологического оборудования и изделий, работающих в агрессивных средах. К агрессивным средам относятся кислоты, щелочи, солевые растворы и водоорганические смеси, напомнил специалист. Он отметил, что материалы особенно эффективны для оборудования, подверженного интенсивному износу и коррозии, такого как трубопроводы, резервуары, насосы и клапаны.
— Создание «умных» материалов остается одним из ключевых направлений. Решение этой проблемы предполагает как минимум локальную перестройку структуры полимерных композиционных материалов, которые эксплуатируются в агрессивных средах, — рассказал заместитель директора ИФХЭ по научной работе, кандидат физико-математических наук Ринад Залавутдинов.
По его словам, в технологии используются ингибиторы, способные блокировать внутренние дефекты нерастворимыми продуктами коррозии. Они обеспечивают дополнительную сшивку полимерной основы, формирование нерастворимых соединений в зонах дефектов и высвобождение ингибиторов коррозии.
Где пригодятся новые полимеры
Такие материалы обладают повышенными способами защиты и способностью самовосстановления на микроуровне. Это позволяет улучшить защиту в тех местах, в которые трудно или невозможно добраться при эксплуатации: это части как электростанций, так и космических ракет. Они лучше компенсируют негативное воздействие среды, что важно при долгой эксплуатации, а также увеличивают износостойкость ключевых систем, отметил генеральный директор группы компаний ST IT, эксперт рынка TechNet НТИ Антон Аверьянов.
По словам заместителя директора центра компетенций НТИ «Технологии доверенного взаимодействия» на базе ТУСУР Руслана Пермякова, самовосстановление в полимерных материалах наиболее востребовано в случаях повреждений, вызванных механическим воздействием. Дефект уровня микротрещины может привести к проблемам более широкого масштаба, так что «самозалечивание» микротрещин становится надежной защитой от образования макротрещин и остается актуальнейшей задачей полимерного материаловедения, отметил он.
— Химические компоненты с особыми свойствами позволяют автономно или неавтономно уменьшить разрушение исходного материала и поспособствовать более быстрому и полному «залечиванию» дефекта. Прогнозируемый эффект от создания «умных» полимерных композитов будет состоять в продлении ресурса изделий, конструкций и сооружений, подвергающихся постоянному или периодическому воздействию агрессивных сред. С развитием и удешевлением технологий создания самовосстанавливающихся материалов они всё чаще будут внедряться в производство с целью улучшения защитных свойств и продления сроков эксплуатации, — добавил специалист.
Трубопроводы часто подвергаются перепадам температур, коррозии и высокому давлению. Со временем это вызывает трещины и повреждения покрытия, которые могут привести к авариям. Если использовать такие материалы, они смогут частично восстанавливаться на уровне структуры, замедляя развитие дефектов. Это снизит риск поломок и уменьшит необходимость остановки работы для ремонта, считает IT-эксперт университета «Синергия» Даниил Аржаков.
— В авиакосмической отрасли, где техника работает под сильными нагрузками (резкие изменения температуры, удары и вибрации), даже небольшие повреждения корпуса могут быть опасными, особенно если речь о спутнике или дальнем космическом аппарате, где нельзя быстро починить конструкцию. Кроме того, такие материалы будут полезны в строительстве, особенно в сложных климатических условиях — например, на Крайнем Севере или в прибрежных зонах, где бетонные и металлические конструкции быстро разрушаются. Покрытие на основе этих материалов позволит дольше сохранять их состояние, снизив затраты на обслуживание. Подобные технологии активно развиваются по всему миру, и то, что Россия вышла на этот уровень, говорит о серьезном прогрессе в отечественном материаловедении, — добавил он.
В настоящее время направление, связанное с созданием композиционных материалов со способностью самовосстановления, активно развивается в ведущих странах и крупнейших мировых компаниях, о чем свидетельствуют многочисленные публикации и патенты. Большая часть цитирований публикаций и патентов по данному вопросу относится к США и КНР, отметили в пресс-службе МГТУ имени Н. Э. Баумана.