В топ-10 результатов Национальной академии наук Беларуси за 2015 год в области фундаментальных и прикладных исследований вошла работа творческого коллектива ученых гомельского Института механики металлополимерных систем им. В.А. Белого, связанная с обнаружением новых физических эффектов в полимере политетрафторэтилен (ПТФЭ). Фактически все прикладные аспекты этой работы находили свое применение в нефтехимической отрасли страны. Наш собеседник Пётр Гракович, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела «Физика и механика композиционных систем» ИММС НАН Беларуси, входит в группу ученых, активно исследовавших поведение политетрафторэтилена в разных условиях. Именно они добились уникальных результатов, отмеченных Президиумом Национальной академии наук Беларуси. Но Пётр Николаевич также внедрял в производство на предприятиях концерна «Белнефтехим» созданные в результате этой работы инновационные материалы. Мы попросили ученого подробнее рассказать об этой уникальной работе. О том, как состоялось открытие, какие именно материалы на основе политетрафтор-этилена были получены и где они нашли применение. — Кроме самой разработки, одним из аргументов выбора именно вашего коллектива в числе 10 наиболее результативных по итогам прошлого года стала высокая цитируемость работ (импакт-фактор) группы. Как много их вышло? — В прошлом году на пять человек — более полутора десятков публикаций, девять из них — в серьезных международных научных изданиях. В том числе статья в авторитетнейшем журнале «Карбон», у которого очень высокий импакт-фактор — 6,2. Но мы выиграли в первую очередь потому, что у нас на основе серьезных фундаментальных работ построено наукоемкое малотоннажное производство очень дорогих продуктов, которые уникальны, критичны и востребованы. Это и оценили. То есть мы одновременно ведем и серьезную научную работу, и создаем на базе полученных фундаментальных результатов новые наукоемкие товары, технологии, оборудование для их получения, организуем производство, испытания и внедрение, в том числе и на предприятиях концерна «Бенефтехим». Так, только в 2015 году в отделе выпущено реальной продукции примерно на 1,2 млрд. рублей. — Эта работа явилась итогом многолетних исследований в вашем институте? — Да. Впервые эффект аномального поведения политетрафторэтилена под воздействием СО2-лазера был обнаружен нами в начале 1980-х под руководством доктора технических наук, профессора Анатолия Красовского в ходе поиска новых методов получения тонких (толщиной менее микрометра) полимерных пленок. В процессе изучения поведения различных полимеров под действием лазерного излучения в вакууме было отмечено, что в этих условиях термостойкий политетрафторэтилен разлагается с огромной скоростью, причем с образованием характерных волокон. Для изучения обнаруженного эффекта были разработаны специальные методики и оборудование. В течение последующих трех десятков лет в значительной мере проанализированы протекающие в политетрафторэтилене процессы. Речь идет об обнаружении уникального, не описанного ни в одном учебнике по технологии химических волокон способа получения волокон из полимера путем перевода его в энергонасыщенное сверхкритическое состояние, при котором ПТФЭ переходит в расплав, а часть макромолекул разлагается до мономера (то есть происходит деполимеризация). При этом поток образующегося мономера уносит из кратера расплав полимера, вытягивая его в волокна. Уникальным является то, что такой процесс волокнообразования в ходе лазерной абляции полимера реализуется только на ПТФЭ, только при облучении его излучением СО2-лазера и только при весьма низких давлениях. Изучено влияние на этот процесс различных факторов, в том числе предыстории полимера. Это позволило отработать методы получения фторопластового волокнисто-пористого материала с различными характеристиками. Так, в 2015 году в самом авторитетном журнале Российской академии наук «Доклады Академии наук» вышла наша совместная статья с академиком РАН, почетным доктором нашего института, общепризнанным лидером работ по фторполимерам в СНГ Вячеславом Бузником и членом-корреспондентом РАН, одним из наиболее авторитетных ученых мира в области поверхностных явлений и смачивания — Людмилой Бойнович. В этой статье показано, что поверхность волокнисто-пористого фторопласта, полученного методом лазерной абляции, обладает эффектом супергидрофобности («эффектом лотоса»), и предложены методы управления этим свойством. В результате изделия, включающие в свой состав фторопластовые пористые структуры, нашли свое применение в нефтехимической отрасли. — Приведите примеры. — Например, волокнисто-пористый фторопласт «Грифтекс», который может быть получен в виде ваты с пористостью 99% или пористой пластины, похожей на фетр или войлок с пористостью около 85%. По химическому строению, термостойкости, химическим, диэлектрическим, биологическим и другим важным характеристикам он не отличается от исходного полимера. Но высокая пористость позволила использовать фторопластовый фетр «Грифтекс» для очистки газов (природного, попутного газов, воздуха, различных технологических газов) от полярных (воды, кислот) или неполярных (газового конденсата, масла) аэрозолей, в том числе содержащих твердые частицы. Для этого разработаны фильтры серии «Гриф» и организован их выпуск в отделе. Такие фильтры стоят на многих заводах (например, на Мозырском НПЗ), автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС), газотурбинных и парогазотурбинных электростанциях, газоперекачивающих агрегатах (ГПА) на магистральных газопроводах. В частности, наши фильтр-элементы «Гриф-Р» в 2013—2015 годах успешно прошли испытания на Белорусском газоперерабатывающем заводе в Речице в процессе очистки попутного газа. Они заменили аналогичную продукцию немецкой компании Pall — по качеству не хуже, но в два раза дешевле. Фильтры «Гриф» эффективны и для очистки сжатого воздуха, подающегося в системы пневмоавтоматики, пневмоинструмент, оборудование для покраски, для барботирования гальванических ванн и т.п. Конечно, применение фильтров «Гриф» не ограничивается нефтехимической отраслью. Они могут использоваться для отделения воды из дизельного топлива, масла (в том числе трансформаторного), в оборудовании по обработке драгоценных камней и металлов в кипящих кислотах. Перспективно применение материала «Грифтекс» в хирургии, радиоэлектронике и других областях. — Но вы работали и над композитами — публикации об этом появлялись в нашем журнале. Эта работа тоже касается новых свойств политетра-фторэтилена? — Каждая хозяйка знает о тефлоне, который обладает таким уникальным качеством, как скользкость. Но в промышленности — например, в узлах трения — использовать ПТФЭ практически невозможно: даже при небольшой нагрузке этот полимер начинает течь, как сливочное масло, когда на него нажимают. Поэтому сразу после освоения производства ПТФЭ в него стали вводить графит, кокс, дисперсные частицы металла, различные волокна и таким образом получать антифрикционные композиционные материалы. Во второй половине 1990-х совместно со специалистами ОАО «СветлогорскХимволокно» и Гродненского механического завода (в то время входившего в концерн «Белнефтехим») была разработана новая марка углеволокна, оптимизированного для введения в фторопласт-4. Так был получен антифрикционный композиционный материал «Флувис», хорошо известный многим главным механикам предприятий концерна. Но прогресс не стоит на месте. Используя свои заделы по технологии формирования тонких полимерных пленок и продукты, получаемые в процессе лазерной абляции ПТФЭ, мы смогли создать оригинальную плазмохимическую технологию аппретирования углеродных волокон. Речь идет о формирования на каждом филаменте комплексной нити, из которой состоит углеродная лента или ткань покрытия толщиной в несколько десятков нанометров из фторполимера, близкого по химическому строению к политетрафтрэтилену. Новому углеродному материалу была присвоена торговая марка «Белум». Использование «Белума» в качестве наполнителя фторопласта-4 позволило существенно повысить характеристики композита «Флувис»: твердость, теплопроводность, прочность. В результате износостойкость нового материала возросла в 1,5—2 раза. Новый композит получил торговую марку «Суперфлувис». Его производство освоено в ОАО «Гродненский механический завод». Совершенствование технологии получения композита сейчас ведется в рамках одного из заданий программы Союзного государства: «Разработка инновационных технологий и техники для производства конкурентоспособных композиционных материалов, матриц и армирующих элементов на 2012—2016 годы», шифр «Компомат», государственным закачиком по которой со стороны Республики Беларусь выступает концерн «Белнефтехим». В ходе работы в ИММС НАН Беларуси созданы образцы нового оборудования для плазмохимической обработки углетканей, а в ОАО «СветлогорскХимволокно» — для измельчения углеволокон. Разработаны новые методики и отработаны оптимальные технологические режимы проведения всех стадий получения ком позита. Ведутся интенсивные испытания композитов на предприятиях нефтехимической и газовой промышленности. Уплотнения из «Суперфлувиса» обеспечивают до 8—12 тыс. часов работы без смазки. Кроме компрессоров, композит применяют в шаровых кранах, в том числе работающих при температурах до 240 °С, давлении до 40 МПА, насосах, станках для распиловки алмазов и других изделиях. Буквально в последний год совместно с «Институтом резины и РТИ» ОАО «Уральский завод РТИ» (г. Екатеринбург) мы получили интересный эффект применения измельченных углеволокон с фторполимерным покрытием в резине на основе фторкаучуков. Введение модифицированных углеволокон привело к существенному повышению прочности, эластичности, износостойкости и теплостойкости резины. В результате ресурс реальных изделий из новой марки резины, испытанных на спецтехнике производства «Уралвагонзавод», вырос в 3—4 раза. Надеемся в ближайшее время начать испытания уплотнений из новой резины и на предприятиях концерна «Белнефтехим», в первую очередь на тех, которые используют фторкаучуковую резину типа «Витон» («Дюпон», США). По имеющейся у нас информации, такая резина широко используются в различных задвижках и насосах, в частности, на предприятиях «Белоруснефти». Мы надеемся заменить их на российскую продукцию с белорусскими комплектующими. — Если я правильно поняла, в вашем институте есть собственное производство, на котором вы и получаете новые материалы? — Без этого сегодня никак нельзя. В институте устойчиво существуют только те отделы, которые организовали собственное производство наукоемкой малотоннажной продукции. Научные идеи мы доводим до наукоемкого производства. Именно наукоемкого, которое просто так нельзя скопировать и которое дает высокую добавочную стоимость, позволяет создавать национальные бренды, новые торговые марки, выходить на международный рынок. Высокая оценка работы нашей команды является стимулом для дальнейшей работы, в том числе и совместно со специалистами предприятий концерна «Белнефтехим». Наталья ЛАЗАРЕВА, фото Светланы Сабило и из архива института
