Немного истории
В истории человечества практически во все времена остро стояли вопросы безопасности. Исследователи в области химических разработок придумывают все больше и больше вариаций композитных материалов, однако не все успешные исследования находят быстрое применение. Так, в 1968, голландский химик Альберт Пеннингс в результате цепи случайных химических реакций получил нить из полиэтилена, которая не подвергалась разрывам.
Это исследование не нашло отклика у химической компании Dutch State Mines, в которой работал ученый, однако данное открытие существенно повлияло на разработку защитных элементов нового поколения. На данный момент сверхвысокомолекулярный поли-
этилен (сокращенно СВМПЭ) – это полимер, который находит свое применение во многих областях жизни человека.
СВМПЭ представляет собой линейный полукристаллический полимер, полученный полимеризацией этилена, элементарная ячейка кристаллической структуры которого является ромбической. Он имеет среднюю молекулярную массу не менее 106 г/моль, что намного больше, чем у обычного полиэтилена высокой плотности.
Цепи полиэтилена на несколько порядков длиннее, чем у простого ПНД, они растворимы в высококипящих растворителях при температуре около 130 °C.
Благодаря этому СВМПЭ обладает такими уникальными достоинствами, как относительно небольшая масса, нетоксичность, гидрофобность, слабая адгезия, а также высокая ударопрочность, высокая стойкость к истиранию, хорошая химическая стойкость, самосмазываемость. Благодаря этим свойствам СВМПЭ можно применять в различных формах для укрепления стенок самосвалов для перевозки руды, создания тросов вантовых мостов, лесок швартовых канатов, перчаток, защищающих от порезов, полного эндопротезирования коленных, тазобедренных и голеностопных суставов. Коэффициент поглощения энергии у СВМПЭ выше, чем у композита из электронного стекловолокна и кевлара, что делает этот материал подходящим для изготовления пуленепробиваемых комплектов индивидуальной защиты и бронирования автомобилей (рис. 1–2, 7 а–б ).
СВМПЭ можно получить различными методами обработки, однако большее распространение получило так называемое гель-формирование (или гель-прядение, рис. 3–4). Помимо гель-формирования, широкое распространение получило создание термопластичной экструзии. Но такую обработку можно производить либо используя специальное оборудование, либо применяя определенно последовательные технологические процессы обработки.
Еще одним методом обработки СВМПЭ выделяют плунжерную экструзию. С помощью плунжерной экструзии из полимерного материала производят трубы, профили, прутья, пластины и стержни. Специальным оборудованием полиэтиленовый порошок сжимается в массу. Затем в цилиндре под давлением эта масса пластифицируется при температуре 180-200 °С. Подкладки под аутригеры и сегменты деки вальцедекового станка изготавливаются методом механической обработки.
С помощью шнековых машин высокомолекулярный полиэтилен прессуется под давлением при температуре 130-170 °С. За счет силы трения и высокого давления, лопастью винта Архимеда сырье захватывается и растирается по стенкам цилиндра (по аналогии с мясорубкой) при перманентном разогреве.
Таким образом получается однородная масса полиэтилена. В зависимости от исходного сырья, в оборудовании используют различное количество винтов, что тоже, в свою очередь, упрощает процесс обработки.
Первые партии сверхвысокомолекулярного полиэтилена российского производства появились еще в 80-х годах прошлого столетия. Изготовление полимера было в ограниченном количестве по устаревшей технологии на малоэффективных циглеровских катализаторах первого поколения на Грозненском химкомбинате и Гурьевском химическом заводе.
Годами позже была создана опытная установка по производству СВМПЭ на «Томскнефтехиме», входящем в «Сибур Холдинг», однако не была достигнута цель по изготовлению СВМПЭ в промышленных масштабах, и проект закрыли.
Сегодня
В 2023 году на базе предприятия АО «НПО Специальных материалов» был впервые успешно реализован проект по производству СВМПЭ в промышленных масштабах. Годом раньше при поддержке администрации города Санкт-Петербурга и руководства Министерства промышленности и торговли Российской Федерации было возведено и освоено более 5000 квадратных метров производственных площадей, на которых расположилась первая в России линия по производству СВМПЭ (рис. 5).
Согласно подсчетам, ее производительность может достигать около 10 млн м² готового однонаправленного полотна (рис. 6).
С целью осуществления многоступенчатой проверки производимого СВМПЭ также была построена лаборатория, где специалисты проводят тесты сырья и выходящего материала, который отличается высокой степенью пулестойкости, что позволяет изготавливать из него различные изделия с самыми высокими классами защиты. Помимо этого, изготавливаемый на базе АО «НПО Спецматериалов» СВМПЭ имеет положительную плавучесть без потери своих основных свойств, что заметно расширяет возможности его применения.
В целом СВМПЭ играет решающую роль в повседневной жизни, транспорте, спортивных сооружениях, национальной обороне, военных поставках, аэрокосмических и новых энергетических транспортных средствах и др. и, несомненно, становится передовым материалом, заслуживающим серьезного отношения как со стороны научных кругов, так и промышленности.
Производство СВМПЭ в промышленных масштабах в НПО «Спецматериалов» в России позволяет не только успешно проводить политику импортозамещения, осуществляя полный цикл производства комплектов бронирования и индивидуальной защиты. Помимо этого, открываются и перспективные направления по разработке и производству сырья для изготовления сверхвысокомодульного полиэтилена, а также появляются возможности для развития СВМПЭ других видов.
Свернуть статью
«РУССИЛ» набирает силу (стр. 28-29)
Аннотация:
В НПО Спецматериалов реализована линия производства сверхвысокомодульного полиэтилена...Читать всю статью