Результаты 14.604.21.0154
Резюме проекта,
выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным
направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 гг.»
Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.604.21.0154
Тема: Разработка с использованием многоуровневых компьютерных моделей иерархически армированных гетеромодульных экструдируемых твердосмазочных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для применения в узлах трения и футеровки деталей машин и механизмов, работающих в условиях Крайнего Севера
Приоритетное направление: Индустрия наносистем
Критическая технология: Компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий
Период выполнения: 26 сентября 2017 г. - 30 июня 2019 г.
Плановое финансирование проекта: 18 млн руб.
Бюджетные средства: 9 млн руб.
Внебюджетные средства: 9 млн руб.
Получатель субсидии: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Индустриальный партнер: Общество с ограниченной ответственностью «Инжиниринговый химико-технологический центр» (ООО «ИХТЦ»)
Ключевые слова: твердосмазочные наполнители, полимерные нанокомпозиты, трение, износ, экструдирование, армирование, межфазовое взаимодействие, многоуровневое моделирование, сверхвысокомолекулярный полиэтилен
1 Цель проекта
Разработка на основе многоуровневых компьютерных моделей способов формирования иерархически армированных гетеромодульных экструдируемых твердосмазочных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для применения в узлах трения машин и механизмов, работающих в условиях Крайнего Севера
2 Основные результаты проекта
Этап 1 (26.09.2017 г. - 31.12.2017 г.)
Установлены зависимости свойств иерархически армированных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) от типа и состава наполнителей. Разработаны составы и способы формирования нанокомпозитов с различным содержанием наполнителей, а также выработаны требования к допустимым технологическим параметрам процесса получения иерархически армированных гетеромодульных экструдируемых твердосмазочных нанокомпозитов.
Предварительные экспериментальные исследования показали, что полученные образцы нанокомпозитов на основе СВМПЭ имеют значения модуля упругости порядка 650 МПа и ударной вязкости 85 кДж/м2. Разработана компьютерная модель эффективных теплофизических и деформационно-прочностных характеристик гетеромодульных композиционных полимерных материалов. С использованием разработанной модели будет проведена оптимизация состава нанокомпозитов для увеличения значений модуля упругости порядка 800 МПа.
Этап 2 (01.01.2018 г. - 31.12.2018 г.)
Разработаны компьютерные модели деформационного поведения и изнашивания гетеромодульных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена в условиях контактного взаимодействия. Использование разработанных моделей при разработке гетеромодульных нанокомпозитов позволяет прогнозировать износостойкость полимерного материала, с учетом структурных элементов микронных размеров и наноразмерных армирующих включений. Проведена оптимизация состава нанокомпозитов для увеличения значений модуля упругости выше 800 МПа.
Разработана лабораторная технологическая инструкция получения иерархически армированных гетеромодульных экструдируемых твердосмазочных нанокомпозитов на основе СВМПЭ. Спроектирован и изготовлен лабораторный компьютеризированный трибометр. Разработаны и протестированы алгоритмы управления, сбора и обработки данных триботехнических испытаний, получаемых с помощью лабораторного компьютеризированного трибометра. По результатам было создано программное обеспечение для проведения управления трибометром и регистрации результатов экспериментов, которое было успешно протестировано.
Проведен выбор параметров триботехнических испытаний, обеспечивающих до-стоверное определение свойств, заявленных в техническом задании, в части определения износа при трении скольжения. С использованием лабораторного компьютеризированного трибометра проведены триботехнические исследовательские испытаний эксперименталь-ных образцов иерархически армированных гетеромодульных экструдируемых твердосма-зочных нанокомпозитов на основе СВМПЭ с составом 87,5.
Показано, что разрабатываемые экспериментальные образцы иерархически армированных гетеромодульных экструдируемых твердосмазочных нанокомпозитов на основе СВМПЭ имеют характеристики, полностью удовлетворяющие требованиям ТЗ.
Полученные результаты являются новыми. По научному уровню и новизне полученные результаты не уступают данным, публикуемым в ведущих мировых научно-технических периодических изданиях, а в плане моделирования превосходят существующие аналоги.
3 Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки
Изобретение, заявка № 2017146036 от 27.12.2017 «Экструдируемый антифрикционный композит на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена».
Программа ЭВМ, заявление № 2017663721 от 27.12.2017 «Программа расчета эффективных деформационно-прочностных характеристик гетеромодульных композиционных полимерных материалов конструкционного и триботехнического назначения».
4 Назначение и область применения результатов проекта
Будет разработан новый класс современных гетеромодульных полимерных полифункциональных нанокомпозитов с управляемыми реологическими, гидрофобными и триботехническими характеристиками и стойкостью при низких температурах. Разрабатываемые в проекте конструкционные гетеромодульные экструдируемые твердосмазочные нанокомпозиты на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена предназначены для создания изделий с функциональными свойствами, необходимыми при циклическом нагружении, ударных воздействиях, фрикционном взаимодействии в экстремальных климатических условиях, в том числе для работы в условиях Крайнего Севера.
5 Эффекты от внедрения результатов проекта
Использование разработанных гетеромодульных экструдируемых твердосмазочных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена в узлах трения и футеровки деталей позволит повысить безопасность, надежность и долговечность эксплуатации машин и механизмов, работающих в условиях Крайнего Севера. Внедрение новых материалов, эффективно работающих в условиях низких температур, вносит вклад в решение задач освоения природных ресурсов Севера и территорий с вечной мерзлотой, предусмотренных государственной программой «Социально-экономическое развитие Арктической зоны РФ на период до 2020 года» (постановление от 21.04.2014 г. № 366).
6 Формы и объемы коммерциализации результатов проекта
Коммерциализация результатов проекта будет выполняться Индустриальным партнером ООО «ИХТЦ». С использованием результатов проекта будет организовано производства композиционных порошковых смесей с последующим их пеллетированием для выпуска футеровочных плит и деталей узлов трения машин и механизмов.
7 Наличие соисполнителей
Проект выполняется без привлечения организаций-соисполнителей.