« Разработка научных основ создания полимерных композиционных материалов » Руководитель: д.т.н., профессор Охлопкова А.А. « Разработка научных основ создания. - презентация

1 « Разработка научных основ создания полимерных композиционных материалов » Руководитель: д.т.н., профессор Охлопкова А.А. « Разработка научных основ создания полимерных композиционных материалов » Руководитель: д.т.н., профессор Охлопкова А.А. Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук

2 Разработка новых конструкционных полимерных материалов, характеризуемых улучшенным комплексом свойств и адаптивностью к экстремальным условиям эксплуатации. Основная цель Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук

3 Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук Основные научные результаты за гг. 1. Разработаны физико-химические принципы создания полимерных композиционных материалов (ПКМ). 2. Разработаны технологии создания полимерных нанокомпозитов с высокими износостойкостью (в раз) по сравнению с промышленными аналогами, деформационно-прочностными характеристиками и морозостойкостью, базирующиеся на формировании межфазных слоев и усилении адгезионного взаимодействия между компонентами. 3. Установлены закономерности формирования полимерных нанокомпозитов, позволяющие управлять их свойствами в процессе переработки. 4. Разработаны новые материалы на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ), сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и нанопорошков оксидов, нитридов, карбидов, шпинелей различных металлов, характеризуемые высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения; с углеродными волокнами для тяжелонагруженных узлов трения (подшипников скольжения, сепараторов качения). 5. Разработаны новые материалы герметизирующего назначения на основе пропиленоксидного, бутадиен-нитрильного каучуков, модифицированных неорганическими наносоединениями или минеральными наполнителями и термопластичными полимерами. Материалы отличаются высокой износо-, морозо-, масло-, бензостойкостью. 6. Разработаны ПКМ с жидкофазным наполнением с повышенной (в 1000 раз) износостойкостью.

4 усиление контактного взаимодействия; равномерное распределение частиц наполнителя в объеме композита; формирование прочного нанокомпозита. Совместнаяактивациякомпонентовкомпозита б распределение частиц наполнителя в объеме полимера: а- до активации; б – после активации а Технологические способы управления свойствами ПКМ формирование износостойкой структуры поверхностного слоя ПКМ при трении; повышение износостойкости ПКМ в 370 раз; снижение коэффициента трения в 1,5-2 раза Активация наполнителей аб формирование развитых переходных слоев; усиление адгезионного взаимодействия компонентов композита; повышение деформационно-прочностных характеристик (на 20-60%) и износостойкости ПКМ (в 370 раз). Введение в состав композита полимерных добавок обладающих внутримолекулярной подвижностью а б а – ПТФЭ; б – ПТФЭ+Ф-4МБ+нанонаполнитель а - поверхность трения ПКМ с наполнителем без акт. б - поверхность трения ПКМ с наполнителем с акт. Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук

5 Схема создания полимерных нанокомпозитов Кольца для гидравлических подъемников экскаваторов, бульдозеров, самосвалов, грузовиков Подшипники рулевого механизма грузовиков Подшипники скольжения Изолирующие втулки на коробки трансформаторов Уплотнения гидросистемы сейсмического вибратора Подшипники оси поворота подъемного крана Уплотнения для амортизаторов и основных стоек шасси самолетов Поршневые кольца и уплотнения штока насосов и компрессоров Состав Предел прочности при растяжении, МПа Относительное удлинение при разрыве, % Скорость изнашивания массовая, кг/ч Коэффициент трения Полимер (ПТФЭ) ,2 ПТФЭ + шпинель кобальта(1- мас 5 %) ,2-0,60,15-0,18 ПТФЭ + оксид алюминия (2 мас. %) ,1-0,20,18-0,20 ПТФЭ + серпентинит (2-5 мас %) ,05-0,10,15-0,18 Свойства модифицированного ПТФЭ Полимер Наносоединение Минерал (силикаты) Активация Нанокомпозит Повышение прочности на 25 %, износостойкости в раз

6 Структура поверхности трения нанокомпозитов Поверхность трения полимерного композита Поверхность трения полимерного нанокомпозита Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук ПТФЭ + 0,5% Al 2 O 3 ПТФЭ + 2,0% Al 2 O 3 ПТФЭ + 5,0% Al 2 O 3

7 Измерение силы адгезии с помощью АСМ спектроскопии 7 зона материал Эластомерная матрица СВМПЭ Среднее значение силы адгезии, ×10 -9 Н Опытная резина+10%СВМПЭ 80±10 26±3 О.р.+10%(СВМПЭ+5%акт.цеолит)58±5 О.р.+10%(СВМПЭ+5%шпинельMg)63±4 F= 0,2Н/м ×135нм=27×10 -9 Н F= 0,2Н/м ×252нм=50×10 -9 Н а) рельеф поверхности, 15x15мкм (СВМПЭ) б) изображение локальной жесткости, 15x15мкм (СВМПЭ) в) рельеф поверхности, 15х15мкм (эластомерная фаза) г) локальная жесткость, 15х15мкм (эластомерная фаза) абвг

8 СВФУ является исполнителем Федеральной целевой программы: "Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на гг.", для реализации этой программы в 2010 году создан научно-образовательный центр (НОЦ) «Нанотехнологии» В состав НОЦ "Нанотехнологии» входят три лаборатории: - Учебно-научно-технологическая лаборатория Графеновые нанотехнологии - открыта в мае 2011 г., приказ 363-ОД от г. – закуплено и запущено оборудование на сумму тыс. руб. из средств ФЦП.Графеновые нанотехнологии - Учебно-научно-технологическая лаборатория Технологии полимерных нанокомпозитов - открыта в октябре 2011 г., приказ 785-ОД от г. – закуплено и запущено оборудование на сумму тыс. руб. из средств ФЦП.Технологии полимерных нанокомпозитов - Учебно-научно-технологическая лаборатория Механохимические биотехнологии - открыта в октябре 2011 г., приказ 785-ОД от г. – закуплено и запущено оборудование на сумму тыс. руб. из средств ПР СВФУ.

9 Универсальный высокотемпературный трибометр Смеситель-реактор Пресс гидравлический П6320Б Учебно-лабораторный комплекс «Химия» Рентгеновский дифрактометр ARL XTRA Планетарная мельница «Активатор» Оборудование, приобретенное в 2011 г. Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук

10 Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук Международное сотрудничество Разработка самосмазывающихся полимерных нанокомпозитов, характеризуемых высоким комплексом технических характеристик для экстремальных условий эксплуатации, на основе направленной реорганизации структуры материалов, использования новых технологий модификации связующих Разработка эластомерных материалов, работоспособных до минус 70º С, на основе новых видов каучуков путем модификации природными минералами и наноалмазами Технологический Институт Ваму (Buhmwoo Institute of technology research), университетах Инха (Inha KAIST (Korean Advanced Institute of Science and Technology), KRIСT (Korean Research Institute of Chemical Technology), Kolon (Korean Institute of Polymers) Международный проект с университетом Мионджи Республики Корея ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ И УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

11 Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук Реализуемые проекты, гранты 1. ФЦП "Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на годы". Проект «Научно-образовательный центр по направлению "Нанотехнологии«, гг. 2. ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России». Проект «Организация международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Создание новых материалов для эксплуатации в экстремальных условиях», Якутск, Проект 2.4. «Кадровое обеспечение и научное сопровождение развития химико-технологического комплекса по переработке углеводородного и биосырья на СВ РФ» Программы развития СВФУ, гг.

12 1.Грант РФФИ а «Исследование закономерностей изнашивания и трения полимерных нанокомпозитов» - 1, 350 млн. руб. ( гг.) 2.Грант РФФИ р_восток_а "Разработка самоорганизующихся полимерных нанокомпозитов на основе природного минерального сырья" – 1,140 млн. руб. ( гг.) 3.Грант РФФИ р_восток_а «Разработка высокопрочных, морозо- и износостойких полимерных композиционных материалов на основе нанотехнологий» - 1,140 млн. руб. ( гг.) 4.Грант на разработку и проведение 2 новых программ ДПО по президентской программе повышения квалификации инженерных кадров на годы: «Передовые технологии переработки композиционных материалов» и «Нанотехнологии в условиях опережающего развития северных территорий», которые внедрены в образовательную деятельность СВФУ на сумму 900 тыс. руб. (2012 г.) Гранты РФФИ Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук

13 1.Госзаказ РС(Я) на гг. «Разработка полимерных и эластомерных нанокомпозитов для уплотнительных элементов и узлов трения техники Севера». 2.Госзаказ РС(Я) на гг. «Разработка нанокомпозиционных материалов на основе конструкционных термопластов для повышения надежности и долговечности транспортных машин». 3.Госзаказ РС(Я) на гг. «Разработка нанотехнологических методов упрочнения трубных марок полиэтиленов» Госзаказы Республики Саха (Якутия) Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук

14 Защита диссертаций Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук 2010 г.- Портнягина В.В. (кандидатская) 2012 г. - Шадринов Н.В. (кандидатская) 2012 г. – Федоров А.Л. (кандидатская) 2012 г – Парникова А.Г. (кандидатская) 2012 г. – Соколова М.Д. (докторская)

15 Публикации Опубликованы 3 монографии: 1. Болдырев В.В., Аввакумов Е.Г., Охлопкова А.А. и др. Фундаментальные основы механической активации. - Новосибирск: СО РАН, – 258 с. 2. Петрова Н. Н. Морозостойкие пластификаторы // Большой справочник резинщика: Справочник /под ред. С.В. Резниченко и Ю.Л. Морозова.-Ч.1. «Каучуки и ингредиенты».- М. ООО «Издательский центр «Техинформ» Международной академии информатизации» С. 557 – Петрова Н.Н. Морозостойкие резины // Большой справочник резинщика: Справочник /под ред. С.В. Резниченко и Ю.Л. Морозова.-Ч.2. Резины и резинотехнические изделия.- М. ООО «Издательский центр «Техинформ» Международной академии информатизации» С. 81 – статья в рейтинговых журналах, опубликованных за гг.: Трение и износ Перспективные материалы Пластические массы Вопросы материаловедения Каучук и резина Химия в интересах устойчивого развития Материалы. Технологии. Инструменты. 10 статей в журналах SCOPUS, Web of Science: Journal of Friction and Wear Журнал структурной химии Материаловедение Bulletine of Korean Chemical Society American Journal of Nanoscience and Nanotechnology Получено 7 патентов РФ: , , , , , , Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук

16

17 Подготовка кадров Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук Количество аспирантов в гг.: очного – 11, заочного обучения – 2, соискатели - 2. Из них защитившихся – 4 (Портнягина В.В., Шадринов Н.В., Парникова А.Г., Федоров А.Л.), 2 аспиранта закончили аспирантуру с представлением в 2013 г. (Васильев С.В., Спиридонов А.М.). Продолжают обучение в аспирантуре в 2014 г.: очного – 4, заочного обучения – 2 Количество магистрантов: – 11

18 Гранты молодых ученых за гг. Парникова Анастасия Гавриловна - Грант Президента РФ – 2009 г.; Государственная стипендия АН РС(Я) – 2010 г. Федоров Андрей Леонидович – Грант им. академика В.П. Ларионова – 2008 г.; Государственная стипендия АН РС(Я) – 2009 г.; Грант Президента РС(Я) – 2009 г. Шадринов Николай Викторович - Грант Президента РС(Я) – 2008 г.; Государственная стипендия АН РС(Я) – 2009 г.; Бочкарева Татьяна Андреевна – Грант им. академика В.П. Ларионова – 2009г. Христофорова Александра Афанасьевна - Грант им. академика В.П. Ларионова – 2010 г. Васильев Спиридон Васильевич - Грант Президента РС(Я) – 2011 г.; Алексеев Алексей - Грант Президента РС(Я) – 2011 г.; Кириллина Юлия Валерьевна - Грант Президента РС(Я) – 2012 г.; Борисова Раиса Васильевна - Грант Президента РС(Я) – 2012 г.; Афанасьева Екатерина Серафимовна – Стипендия президента РФ (2013 г.), Грант Президента РС(Я) – 2013 г.; Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук

19 НИР студентов Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук Количество студентов, участвующих и участвовавших в НИР по направлению в гг Участие студентов в конференциях, публикации ( гг.): 1. Конференции: международные – 36; российские – 166; региональные, СВФУ – Публикации: Статьи в рецензируемых журналах – 8; в трудах межд. Конференций – 31; трудах российских конференций – 25.

20 Перспективы Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Институт естественных наук 1. Дооснащение лабораторий НОЦ «Нанотехнологии» 2. Модернизация научно-исследовательского процесса и инновационной деятельности 3. Участие в грантах Российского научного фонда, МОН РФ, Госзаказах РС(Я) 4. Подготовка кадров высшей квалификации (кандидатов и докторов наук) 5. Коммерциализация научных результатов и организация производства высокотехнологичной продукции

21 БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ!