Жирков

В Северо-­Восточном федеральном университете им. М. К. Аммосова в рамках Арктического инновационного центра уже более 10 лет действует лаборатория «Технология полимерных нанокомпозитов». Коллектив исследователей, состоящий из 15 человек, работает под руководством главного научного сотрудника, профессора, доктора технических наук А. А. Охлопковой, заведующего лабораторией Н. Н. Лазаревой, кандидата технических наук, и научного консультанта Н. Н. Петровой, доктора химических наук.

Лаборатория сотрудничает с АНО «Научно-­образовательный центр мирового уровня «Север»: территория устойчивого развития», что позволяет научно-­технологическим разработкам находить практическое применение в различных сферах.

Основным направлением деятельности лаборатории является арктическое материаловедение: ученые и химики-­инженеры разрабатывают составы для производства резинотехнических изделий, пригодных к эксплуатации в условиях экстремально низких температур, доходящих до –50 ˚С, исследуют полимерные композиционные материалы (композиты) на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и политетрафторэтилена, а также области их практического применения.

Однако этим не исчерпывается научный поиск: в лаборатории ведутся исследования в области химической медицины. Они связаны, в частности, с созданием дермальных эквивалентов (заменителей кожи) на основе полилактида, разлагаемого на углекислый газ, воду и молочную кислоту. Из синтетического полимера с коллагеновой составляющей создается заменяющий кожу материал, в настоящее время проходящий испытания на клеточных структурах. Испытания проводятся совместно с молодежной лабораторией «Полимерные композиты для Севера» и с Медицинским институтом СВФУ им. М. К. Аммосова.

Занимаются в лаборатории и вопросами остеосинтеза: биоразлагаемый и биосовместимый полилактид, будучи прочным и жестким, позволяет создавать изделия, помещаемые внутрь кости с целью ее сращивания при переломе. Это весьма перспективная альтернатива давно применяемым в медицинской практике металлическим штифтам. Активное внедрение в сферу ортопедии и травматологии изделий на основе биоразлагаемого полилактита позволит избежать необходимости болезненной процедуры извлечения штифта из сросшейся кости пациента: инновационный материал на основе полилактита без вреда для здоровья человека как бы растворится внутри костной ткани.

Кроме биоразлагаемых материалов, в лаборатории ведутся исследования, связанные с использованием полиэфирэфиркетона и сверхвысокомолекулярного полиэтилена для изготовления костных и суставных имплантов.

В лаборатории активно применяют аддитивные технологии — 3D-моделирование и 3D-печать, что позволит создавать эквиваленты костной ткани (осуществлять остеосинтез) в соответствии с индивидуальными анатомическими особенностями конкретного человека. Это может найти широкое применение при необходимости проведения медицинских манипуляций, связанных с костями черепа, обладающими большим количеством индивидуальных особенностей у каждого человека.

Сотрудниками лаборатории «Технология полимерных нанокомпозитов» СВФУ им. М. К. Аммосова в рамках медицинского направления ее деятельности разработана линейка тренажеров для накладывания швов при хирургических операциях, а также предназначенный для проведения занятий со студентами-­медиками симуляционный тренажер для проведения аппендэктомии (хирургических операций по удалению аппендицита).

Проводимые в лаборатории «Технология полимерных нанокомпозитов» исследования ориентированы на масштабное применение их результатов в различных сферах практической деятельности.

Лаборатория выполняет государственное задание со стороны Министерства науки и высшего образования РФ, реализует проекты при взаимодействии с Российским научным фондом, технологические проекты АНО «Научно-­образовательный центр мирового уровня «Север»: территория устойчивого развития». Сотрудничество с НОЦ «Север» позволяет лаборатории представлять свои уникальные инновационные разработки индустриальным партнерам.

Широкое применение нашли созданные сотрудниками лаборатории «Технология полимерных нанокомпозитов» резинотехнические изделия, предназначенные для использования в агрессивных условиях.

Большую проблему представляют низкая морозоустойчивость и невысокая устойчивость к агрессивной внешней среде традиционных резинотехнических изделий (РТИ), которыми оснащается техника различных типов, а также не приспособленные к суровым природно-­климатическим условиям наших северных регионов механические характеристики таких РТИ. Из-за их выхода из строя отказ техники доходит до уровня в 30–50%, производительность техники снижается в 1,5 раза; в 2–3 раза меньше становится фактический срок службы уплотнителя из резины, что влечет двукратное увеличение расходов, связанных с эксплуатацией техники в условиях Севера. По причине простоя техники на ремонте и снижения КПД предприятия несут серьезные финансовые потери, превышаю­щие сумму в 10 млрд руб­лей в год. Это актуально для всех отраслей промышленности, для сферы ЖКХ, тепло- и газоснабжения.

Сотрудники лаборатории «Технология полимерных нанокомпозитов» предложили весьма эффективный способ решения данной проблемы, разработав на основе ранее существовавших рецептур резиновых смесей новые резинотехнические изделия с улучшенными характеристиками, к числу которых относятся морозостойкость (температурный диапазон эксплуатации составляет от –70 ˚С до +200 ˚С),

маслостойкость (устойчивость к воздействию бензина и масел), износостойкость, устойчивость к агрессивным средам, сопротивление к действию напряжений, достаточно высокий уровень жесткости и ряд других.

Внедрение данной инновационной разработки позволяет существенно снизить возникновение чрезвычайных ситуаций техногенного характера, связанных с разгерметизацией трубопроводов и с разливом нефтепродуктов, значительно уменьшить углеродный след за счет эффективной эксплуатации техники, что создает благотворный экологический эффект.

Следует подчеркнуть, что у резинотехнических изделий, производимых на основе разработанных в лаборатории «Технология полимерных нанокомпозитов» смесей, есть ряд преимуществ по сравнению с имеющей то же назначение продукцией других предприятий: так, относительное удлинение при разрыве составляет от 150% до 600%, в то время как у РТИ других производителей этот показатель находится в меньшем диапазоне; условная прочность при разрыве у РТИ на основе разработок лаборатории СВФУ — от 8 до 25 МПа, что больше, чем у аналогичных по функционалу изделий других производителей; температурный диапазон эксплуатации у РТИ СВФУ составляет от

–70 ˚С до +200 ˚С, а у РТИ других производителей он значительно ниже; степень твердости у РТИ СВФУ достигает уровня от 45 до 85 единиц (по Шор А) и сопоставима с соответствующими по назначению РТИ других производителей.

Резинотехнические изделия, произведенные в лаборатории «Технология полимерных нанокомпозитов», находят применение в технике, эксплуатируемой компанией «Алмазы Анабара» (пыльники рулевых наконечников Perlini и DP‑405); на вездеходах RUSAK (пыльники шарниров угловых скоростей (ШРУС)); используются в качестве уплотнительных элементов и мембран в клапанах регуляторов давления РД‑149, устанавливаемых на трубопроводах компанией «Сахатранснефтегаз»; применяются как уплотнители для насосов и заправочных пистолетов на АЗС компании «Туймаада нефть».

Оказалась полезной инновационная разработка коллектива лаборатории «Технология полимерных нанокомпозитов» и подразделениям МЧС России: морозостойкие уплотнители для пожарных рукавов КН‑70 обеспечивают герметичность их соединения в условиях экстремально низкой температуры воздуха в наших северных регионах.

Экономия денежных средств, достигаемая в результате применения разработанных и произведенных лабораторией СВФУ им. М. К. Аммосова морозостойких резинотехнических изделий, доходит до 1700 тыс. руб­лей в год, что весьма существенно.

В рамках импортозамещения силами лаборатории «Технология полимерных нанокомпозитов» было изготовлено оборудование для вакуума в станках с ЧПУ.

Сотрудники лаборатории создали двухслойный материал, состоящий из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и резины. Это в значительной степени прорывная технология, поскольку полиэтилен и резина всегда демонстрировали термодинамическую несовместимость, то есть у них не было прочного адгезионного взаимодействия. А у созданного в лаборатории СВФУ им. М. К. Аммосова двухслойного материала, объединившего сверхвысокомолекулярный полиэтилен и резину, уровень адгезии (плотности соединения) превышает плотность самих материалов, то есть плотность сверхвысокомолекулярного полиэтилена и резины. Это позволило ученым лаборатории «Технология полимерных нанокомпозитов» создать принципиально новый трехслойный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, резины и металла. И эта разработка опередила время, поскольку область ее практического применения еще предстоит определить. Данный факт свидетельствует о том, что специалисты лаборатории вносят вклад не только в прикладную, но и в фундаментальную науку, открытия в которой часто находят применение значительно позже, чем в то время, когда они были сделаны.

Сотрудничество АНО «Научно-­образовательный центр мирового уровня «Север»: территория устойчивого развития» и Северо-­Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова связано и с производством антирикошетного полимерного покрытия бронепластин, устанавливаемых в бронежилетах, что позволяет сохранять жизни бойцов, участвующих в специальной военной операции.

Принципиальная новизна разработок лаборатории «Технология полимерных нанокомпозитов» СВФУ им. М. К. Аммосова стала основанием для получения 44 патентов РФ, трех евразийских патентов и двух патентов США.

Разработки и продукция лаборатории «Технология полимерных нанокомпозитов» Северо-­Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова вносят весьма существенный вклад в опережающее развитие Дальнего Востока и Арктики, в создание в нашей стране высокотехнологичных предприятий и в достижение Россией технологического суверенитета.

При подготовке статьи были использованы материалы, предоставленные АНО «Научно-­образовательный центр мирового уровня «Север»: территория устойчивого развития» и ФГАОУ ВО «Северо-­Восточный федеральный университет имени М. К. Аммосова».

Дмитрий Парамонов