Через тернии к полимерам

За достижение наилучших результатов в сфере социально-экономического развития по итогам 2021 года Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого НАН Беларуси (ИММС НАН Беларуси) занесен на республиканскую Доску почета, а как лучшая организация в сфере научно-исследовательской деятельности — на Доску почета Гомельской области. На вопросы о том, как удается совмещать эффективную научную деятельность с экономической, в чем особенность развития организации, каковы перспективы партнерства с предприятиями нефтехимического комплекса, отвечает директор ИММС член-корреспондент НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор Андрей ГРИГОРЬЕВ.

— Андрей Яковлевич, в этом году фамилии сотрудников института прозвучали среди победителей проекта «100 идей для Беларуси» и в четвертый раз — среди лауреатов конкурса «ТОП-10». Расскажите подробней об этих успехах.

— Действительно, в номинации «Химические технологии, нефтехимия» члены экспертного совета республиканского молодежного проекта «100 идей для Беларуси» отдали победу проекту «Внедрение инновационных фильтроэлементов очистки углекислого газа для повышения качества и экспортного потенциала азотных удобрений ОАО «Гродно Азот», который разработали научный сотрудник ИММС Виктория Шумская и мастер по ремонту технологического оборудования ОАО «Гродно Азот» Владислав Велигор.

По итогам прошлого года авторский коллектив ИММС и Физико-технического института стал лауреатом конкурса «ТОП-10» результатов деятельности ученых НАН Беларуси в области фундаментальных и прикладных исследований. Проект выполнен в отделе «Фрикционное материаловедение» под руководством кандидата технических наук, доцента Владимира Сергиенко и связан с разработкой фрикционных материалов с низкой эмиссией шума для высоконагруженных узлов трения. В ходе исследования выявлено, при каких условиях фрикционные свойства материалов являются постоянными, то есть отсутствует динамическая неустойчивость, вызывающая шум в тормозах. Кстати, нефтяники, в том числе белорусские, уже не первый год используют другую разработку нашего института в области фрикционного материаловедения — тормозные диски для подъемных механизмов буровых вышек. Раньше предприятия закупали итальянскую продукцию. Наши тормозные элементы применяют БМЗ, МТЗ, МАЗ, а также производители самолетов Ту-204 и Ту-214.

Особенно приятно было достичь таких результатов накануне знаменательной для нашего института даты — 100-летия со дня рождения его основателя — академика Владимира Белого.

СПРАВКА

Научная деятельность ИММС НАН Беларуси посвящена физико-химическим и технологическим основам создания полимерных композиционных материалов, физике, химии и механике контактного взаимодействия твердых тел, трению, изнашиванию и смазке в технических и биологических системах.

С одной стороны, наша главная задача — получать новые знания, с другой — заниматься практическими разработками. В 1960-е годы, когда создавался институт, ожидали, что полимеры заменят все, но у них оказались недостаточно высокие механические свойства. Поэтому основные научные направления деятельности института — создание полимеров, имеющих особые свойства, и исследование процессов, которые происходят при контакте материалов.

Научный сотрудник ИММС Виктория Шумская с председателем Совета молодых ученых НАН Беларуси Станиславом Юрецким

На разработку технологии мирового уровня тратится не 2—3 года, а зачастую 5—7 лет. Например, недавно наш сотрудник Юрий Кривогуз защитил диссертацию, посвященную технологии реакционной экструзии при переработке композиционных материалов. Фундаментальные исследования в этой области группа ученых ИММС вела несколько лет, выйти на практическое использование удалось примерно четыре года назад. Созданные на основе этой технологии адгезионные листы для крепления сеток фильтрации буровых растворов мы стали поставлять ПУ «Нефтебурсервис» РУП «Производственное объединение «Белоруснефть».

В нашей работе необходимо терпение. Ведь научные исследования не всегда приводят к положительному результату, иногда выбранный путь оказывается тупиковым. Это нормально. Но у нас, к счастью, такие ситуации бывают нечасто.

— Сотрудники ИММС активно развивают полимерное материаловедение. Ваше видение перспектив внедрения зеленых технологий, стремящихся искоренить полимеры на бытовом уровне?

— У меня критическое мнение по поводу многих целей внедрения зеленых технологий. Я не поддерживаю призывы жить без газа и нефти, потому что это нереально. Категорически не согласен с тем, что от пластмасс один вред, что это зло и так далее. Давайте не будем заблуждаться и поймем, что мы уже не сможем прожить без полимеров. Сегодня объем их производства в метрах кубических превышает объемы выпуска всех металлов. Убежден, что многие зеленые тезисы слишком категоричны. Например, возьмем утверждение, что CО2 — самый опасный парниковый газ, приводящий к изменению климата на Земле. На самом деле большее влияние оказывают водяные пары, с которыми человечество ничего не может сделать. Их вклад в парниковый эффект составляет 70%, а углекислого газа — 10—20%. Или такой призыв: давайте не будем есть мясо, потому что животноводческие комплексы — источник метана. Но его вклад всего 4%. Требование сократить этот объем на 5% от сегодняшнего уровня ни к чему не приведет, на мой взгляд.

Стремление к чистоте мира я уважаю, но «зеленые» несколько драматизируют ситуацию. Полимеры прочно вошли в нашу жизнь. Их используют при изготовлении одежды, обуви, предметов быта. В строительстве применяют до 25% полимерных материалов, в автомобилестроении — 10—25%, а современная авиационная техника на 50% состоит из композиционных материалов. До 97% пищевых продуктов сегодня упакованы в пластик. По сравнению с бумажным для выпуска полиэтиленового пакета требуется на 40% меньше энергии и в восемь раз меньше воды. Пластиковая вакуумная упаковка в отличие от экологичной на практике лучше, так как продукты в ней могут храниться до десяти дней, сокращая пищевые отходы на 75%.

Главный аргумент против полимеров — они не разлагаются до 500 лет и захламляют природу. Говорят, в океанах плавают целые острова из ПЭТ-бутылок. Но кто в этом виноват: полимеры или люди, которые их не убирают? Между прочим, в структуре бытовых отходов содержится только 6% полимеров, 8% — стекла, 9% — текстиля, а бумаги и картона — 35%. Пластмасса не разлагается, поэтому и заметна, а бумага расползается в отходах, но от этого не становится более экологичной, ведь химикаты, которые использовались при ее изготовлении, никуда не исчезают и загрязняют окружающую среду. Синтетические полимеры производятся слишком короткий период — с начала прошлого века, поэтому еще не выработалась культура их использования и утилизации.

Согласно Национальной стратегии по обращению с твердыми коммунальными отходами и вторичными материальными ресурсами в Республике Беларусь на период до 2035 года переработка коммунальных отходов к 2025-му должна достигать 64%. Для этого необходимо развить систему отдельного сбора и создать соответствующие производства. Но проблема в следующем. Если металлы легко сортировать, то полимеры трудно. Это принципиально важно, ведь некоторые из них вообще несовместимы в производстве. Как масло нельзя размешать в воде, так невозможно смешать, например, полиамид с полиэтиленом. Кроме того, области применения вторичных полимеров не столь очевидны — их нужно искать.

Примерно год назад мы решили развивать новое направление деятельности — разработку полимерных отходов. Признаюсь, я изучил и активно продвигал эту тему. Было очевидно, что экономическая ситуация в мире вряд ли улучшится, и мы решили эффективнее использовать возможности лаборатории композиционных материалов и рециклинга полимеров, созданной еще при образовании нашего института. В то далекое время использовали оборудование для ручной сортировки и переработки сырья. Однако раскладывать полимеры по видам — весьма непростая задача. В прошлом году мы разработали технологию, которая позволяет не заниматься сортировкой пластмасс при изготовлении определенного типа изделий.

— Конкретизируйте, пожалуйста, этот несколько неожиданный вектор развития.

— Мы создали технологию, позволяющую смешивать несовместимые полимеры и получать из них прочные изделия. Недавно на ее основе специалисты института разработали плитку для грунтовых покрытий, выдерживающую большие нагрузки. Ее можно использовать на дачах, в сельской местности, на стройплощадках, заправках пожарных машин, которые весят с водой около 20 тонн. Наверное, звучит странно, но с «мусором» мы выходим на международный рынок и уже сегодня поставляем эту продукцию в Россию, готовим контракт на экспорт пробной партии в Китай. Сейчас расширяем участок по производству такой плитки и планируем производить из вторичных ресурсов кровельные материалы, черепицу. Рассчитываем, что переработка отходов — довольно прибыльное дело, тем более у института появился собственный завод.

В нашем распоряжении три цеха, каждый по тысяче квадратных метров — «наследство» РУП «Специальное конструкторско-технологическое бюро «Металлополимер». Когда предприятие вошло в состав ИММС НАН Беларуси, мы решили эффективно использовать его производственные мощности. Один цех уже оснастили оборудованием, сейчас продолжаем разворачивать новые участки для изготовления полимерных композиционных материалов и изделий из них.

СПРАВКА

В ИММС НАН Беларуси для производства продукции разработана технология использования вторичных полимеров — полимерного корда изношенных шин, бытовых и технологических отходов пластика.

Председатель Президиума НАН Беларуси академик Владимир Гусаков вручает награду Андрею Григорьеву — руководителю коллектива ученых ИММС и ФТИ НАН Беларуси в составе Владимира Сергиенко, Сергея Бухарова, Анны Анисович и Ирины Филатовой — за победу в конкурсе «ТОП-10» результатов деятельности ученых в 2021 году

— Тем не менее импортозамещение в сфере деятельности ИММС НАН Беларуси остается и сотрудничество с предприятиями нефтехимической отрасли продолжается?

— Разумеется, они в числе наших основных партнеров и приоритетных заказчиков. Из новых разработок по импортозамещению — полимерные материалы для скрепления решеток фильтрации буровых растворов, тормозные элементы лебедок бурового оборудования, фильтры для очистки газа от жидкости на газоперекачивающих и компрессорных станциях.

В ОАО «Гродно Азот» недавно с положительным результатом завершены испытания наших фильтров, которые должны способствовать повышению качества карбамида.

Институт выпускает полимерные шаровые запоры для трубопроводов. Ученые ИММС разработали технологию получения прочного антифрикционного материала, состоящего из фторопласта и углеволокна, для подшипника скольжения. А ведь этот полимер настолько инертный, что не может удерживать армирующие добавки. Однако наши специалисты решили эту проблему путем плазмохимической обработки углеволокна.

На данном примере ярко проявляется связь науки и производства. Институт владеет ключевой технологией — плазмохимической обработкой волокна, а вся схема получения готовой продукции выглядит так:

ОАО «СветлогорскХимволокно» поставляет ИММС углеродное волокно, мы его обрабатываем, затем возвращаем химикам для измельчения, в ОАО «Гродненский механический завод» нарубленное углеволокно смешивают с фторопластом, прессуют и поставляют за рубеж. Экспортный потенциал у такой продукции большой.

СПРАВКА

В конце июня ИММС НАН Беларуси проводит в Гомеле международную научно-техническую конференцию «Полимерные композиты и трибология» (ПОЛИКОМТРИБ-2022), посвященную 100-летию со дня рождения академика В.А. Белого, а 18—20 октября организует VII Республиканскую научно-техническую конференцию молодых ученых «Новые функциональные материалы, современные технологии и методы исследования».

— На решении каких задач планируете сконцентрироваться в ближайшее время?

— Проведение фундаментальных исследований в области физики и механики контактного взаимодействия твердых тел, межфазного взаимодействия в полимерных композитах. Мы идем широким фронтом по разным направлениям, в том числе продолжаем заниматься смазочными материалами на основе растительных масел и видим в этом хорошую перспективу. Я не против зеленых технологий как таковых, мне не нравится лишь категоричность стратегических целей. Актуальность использования биоразлагаемых растительных масел вместо минеральных сегодня очевидна. Например, за рубежом при лесозаготовке запрещено работать с оборудованием и инструментами с использованием минерального масла. Именно на этой теме сейчас пытаются сделать большой бизнес наиболее продвинутые компании. Уже несколько зарубежных заводов выпускают до сотни тысяч тонн таких смазочных материалов ежегодно. А наша страна в этой области несколько отстает.

Кроме того, есть спрос на специальные смазки для электрических контактов в электромобилях. Если раньше наблюдалась потребность в жидких моторных маслах, то сейчас — в консистентных. Причем в ряде случаев нужна продукция с особыми свойствами — высокой температурной стойкостью или электропроводностью, морозостойкостью. В прошлом году ученые института отправили образцы таких материалов с арктической экспедицией Национальной академии наук. Ждем результаты.

Поскольку сейчас повышаются удельные мощности машин и механизмов, то некоторые полимерные материалы становится невозможно использовать в них в качестве силовых элементов либо подшипников скольжения. Поэтому активно разрабатываются композиты на основе таких материалов, как полисульфоны и полиимиды. Они чрезвычайно прочные, термо- и радиационностойкие, но и стоимость у них высокая. Хотя в свое время и фторопласт был дорогим, а сейчас он широко применяется в качестве покрытия сковород, кастрюль и подобных предметов быта.

ИММС уже перешел к изготовлению сложных по конструкции многослойных фильтров газов, в которых каждый слой несет определенную функциональную нагрузку. Такие фильтры из полимерных волокнистых материалов проходят испытания. Что получится в результате, будет ясно в следующем году.

ФОТО Виктория Анискевич-Клопоцкая, Сергей Дубовик