Перспективи за приложение на композитни материали
Участниците в конференцията, сред които бяха както специалисти от Бауманския университет, така и служители на големи предприятия и организации, работещи в областта на композитните материали или сродни области, обсъдиха разработването и производството на композитни материали и новите области на тяхното приложение.
Композитите са материали със сложна структура, които се състоят от два или повече компонента с различни свойства. В резултат на добавянето им, композитният материал придобива принципно нови свойства, различни от свойствата на съставните му компоненти. Композитите, в които матрицата е полимерен материал, са едни от най-многобройните и разнообразни видове материали.
Днес полимерните композитни материали (PCM) се използват в почти всички сектори на националната икономика. Това са корабостроене, строителство, мостостроене, биомедицина, енергетика, нефтохимия, двигателостроене, транспорт, селскостопанска техника, пътна инфраструктура и др. Сферите им на приложение продължават да се разширяват. Универсалността на използването на композитни продукти се дължи на появата на ново поколение PCM, което има по-високи характеристики по отношение на якост и тегло, устойчивост на износване и корозия, поддръжка, критерий качество-цена и др. Появата на нови подходи към разработването и проектирането на материали и най-новите технологии за производство на продукти от тях също допринесе за по-широкото използване на PCM. Така например новите производствени технологии правят възможно, без автоклави и сложни енергоемки машини, с помощта на лазерно втвърдяване да се произвеждат продукти с почти неограничен размер и да се решават много проблеми по напълно нов начин както в самолетостроенето, така и в хеликоптеростроенето, ив производството на гражданското строителство, в енергетиката и др.
На конференцията бяха обсъдени теми като проектиране на продукти от композити на съвременния научен и технологичен етап, автоматизация на изчисленията, аспекти на въвеждането на цифрови технологии в подготовката за производство на продукти от PCM, както и проблемите на оценката на ефективността на нови области, където се използват композитни материали.
Перспективни области на масово приложение на PCM
Полимерните композити, които днес вече са получили широко гражданско приложение, включват фибростъкло - полимерни композитни материали, подсилени със стъклени влакна, които са формовани от разтопено неорганично стъкло. Тези материали имат достатъчно висока якост, ниска топлопроводимост, високи електроизолационни свойства. Днес от тях се произвеждат тръби за устойчиви на корозия технологични тръбопроводи, дренажни тръби, тръбопроводи за жилищни и комунални услуги, тръби за нефтения и газовия комплекс, елементи на пречиствателни съоръжения, складови, противопожарни, химически устойчиви резервоари, строителна арматура. Полимерните композити се използват широко в строителството, корабостроенето, радиоелектрониката, производството на предмети за бита, спортно оборудване и др.
Сред обещаващите области, включващи масово използване на композитни материали, бяха наречени ремонт на сгради, конструкции, мостове, железопътни платформи. Като се вземат предвид тези перспективи, OJSC NIAT разработи технология за модернизация на железопътни платформи с помощта на композити. Подовата настилка на такава платформа се състои от набор от композитни панели, които са монтирани върху предварително изработена рамка, изработена от профили от пултрузиран полиестерен фибростъкло. За по-тежки климатични условия е разработен вариант за дизайнподова настилка от композитен бетон. Панелите на платформата са монтирани върху бетонна основа с помощта на телескопични подпори, които ви позволяват да регулирате височината на платформата в необходимия диапазон. Едно от основните предимства на тази технология са ниските логистични разходи, тъй като панелите са леки и могат да бъдат доставени до мястото на монтажа с всякакви транспортни средства.
OAO NIAT също така разработва методически препоръки за експериментално използване на композитна армировка за армиране на стоманобетонни мостови конструкции. Като цяло, според експерти, изграждането на мостове е една от перспективните области на приложение на PCM. У нас днес е необходимо да се построят около 160 хиляди моста, а около 80 хиляди се нуждаят от ремонт. И тук композитите предоставят много ефективни решения. В крайна сметка теглото на мостовите конструкции от композити е пет пъти по-малко, те изискват по-малко експлоатационни разходи и експлоатационният им живот е по-дълъг. Научна и практическа работа в тази насока се извършва и във FSUE "VIAM".
MSTU им. Bauman съвместно с FSUE "VIAM" изпълняват проект за разработване и организиране на производство на електропреносни кули и едрогабаритни носещи строителни конструкции от наномодифицирани композитни материали. Един от ефектите от модификацията с наночастици е повишаване на физико-механичните и експлоатационните характеристики на PCM. Целта на проекта е да се разработят конструкции, които в сравнение с аналозите имат по-висока носеща способност с по-малко тегло, трудоемкост на производството и разходите за организиране на промишлено производство. Служителите на VIAM вече са разработили наномодифицирано свързващо вещество и са разработили технология за производство на фибростъкло на негова основа чрез методи на вакуумна инфузия и навиване.
Нов наномодифициран полимерен композитен материал можеда се използва за производство на строителни елементи на едрогабаритни носещи конструкции, работещи при температури от -60°C до +65°C. Може да се използва за създаване на стандартни сглобяеми конструкции за решаване на широк спектър от задачи в строителството, електроенергетиката и нефтената и газовата промишленост. Това могат да бъдат стандартни вертикални колони, сглобяеми строителни конструкции, мостове, опори за електропроводи, носещи елементи на сглобяеми мостове и носещи тавани на строителни конструкции, тръбопроводи и др.
RMB в медицината
Годишно в света се извършват над 400 000 операции за подмяна на различни кости и стави. И основният материал, който се използва в тези случаи е металът. Но с помощта на метали е невъзможно да се решат такива проблеми като заздравяването на чипове, кухини, възникнали в резултат на някакво нараняване или възпалителни процеси. В момента на световния пазар на имплантни материали няма такъв материал, който да отговаря на всички необходими биологични, физикохимични и механични изисквания на костната хирургия. В тази връзка разработването на нови костно-заместващи материали, технологии за тяхното производство и методи за приложение е изключително важна задача. Неговото решение беше взето в REC "NMKN" (ITs) MSTU. Н.Е. Бауман и разработиха нови биокомпозити на базата на модифициран поливинил алкохол и неорганичен пълнител.
Костта е по същество естествен биокомпозит. Съставът на костната тъкан включва естествен биополимер колаген и пълнител - калциев хидроксифосфат, който по структура е подобен на хидроксиапатита.
Целта на работата, извършена от специалистите на REC "NMKN" (IC) MSTU. Н.Е. Бауман, беше разработването на материал, който ще позволи затваряне на кухини, пукнатини, повреди отвътрекости и постепенно, докато се възстановява, ще бъде заменен от естествена костна тъкан.
Като органична матрица в новия материал са използвани хидрогелове на базата на модифициран поливинилов алкохол. На базата на такива хидрогелове вече са създадени огромен брой материали, по-специално нетъкани материали за защита на рани и други, които са изследвани в различни институти.
Като пълнител са използвани биосъвместими фосфатни стъкла, чиито частици са предварително натрошени до наноразмери, за да бъдат преработени в хидроксиапатит, от който е изградена костната тъкан.
След тестване на механичната якост на проби от нов биокомпозит в MSTU. Н.Е. Бауман, материалът ще бъде изпратен за изследване в Научноизследователския институт по спешна медицина. Н.В. Склифосовски.
Био суровини за PCM