Ученые НГУ разработали новый способ защиты от взрывов с помощью нанотехнологий

Сотрудники Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Моделирование и разработка новых функциональных материалов с заданными свойствами» на базе НГУ разработали инновационный способ приготовления полимерного материала, обладающего электропроводящими свойствами, и в 2025 году НГУ получил патент РФ на изобретение на новый способ. Проект профинансирован Фондом НТИ.

—Этот материал можно применять в производстве изделий, предназначенных для хранения и транспортировки взрывоопасных порошков и легковоспламеняющихся жидкостей, для использования на предприятиях нефтехимической, химической, газовой, угольной и других отраслей промышленности, где обычные пластиковые контейнеры и ёмкости могут представлять опасность из-за накопления статического электричества, — рассказал старший научный сотрудник Центра НТИ по новым функциональным материалам Дмитрий Чебочаков.

Как известно, по действующим стандартам, чтобы считаться безопасным, материал должен иметь строго ограниченное электрическое сопротивление. Широко применяемый в промышленности полиэтилен сам по себе не проводит электричество. Но, поскольку он не проводит электричество, накапливая заряды на поверхности, на нем может возникнуть искра, которая станет причиной взрыва, что особенно опасно в случае хранения легковоспламеняющихся жидкостей, газов или порошков.

Однако, как показали исследования научных сотрудников Центра, добавление в структуру полимера многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) (сверхтонких и прочных структур, способных проводить электрический ток) существенно меняет его свойства. При этом требуется достаточно небольшое содержание МУНТ, от 0,05 до 0,5%, равномерно распределенное в порошке полимера. Многостенные углеродные нанотрубки, используемые в изобретении, разработали и синтезируют ученые Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН, по своим характеристикам соответствуют лучшим мировым аналогам и даже по определенным показателям превосходят их.

Смешивание проводится в специальном роторном смесителе, позволяющем добиться высокой однородности материала без повреждения структуры углеродных нанотрубок. После этого полученную смесь подвергают формовке, получая готовые изделия с заданными характеристиками.

— Материал, полученный по новой технологии, продемонстрировал стабильную электропроводность, соответствующую требованиям ГОСТа по электростатической безопасности. Причём уровень электропроводимости позволяет использовать его без риска возникновения искры даже при высоких концентрациях паров или пыли, — подчеркнул Дмитрий Чебочаков.

Эта технология имеет ряд преимуществ в сравнении с ранее применявшимися решениями. Предшествующие технологии либо не обеспечивали достаточной проводимости, либо требовали сложных способов изготовления (например, с помощью экструдера). Также добавляемые наполнители, такие как технический углерод, могли ухудшать прочность и герметичность материала.

Благодаря использованию углеродных нанотрубок и оптимизированному процессу смешивания, новая методика позволяет снизить объем добавок, сохранить прочность и надёжность изделий, сделать их безопасными и технологичными одновременно. При этом у нового типа материалов достаточно широкие области возможного применения.

— Конечно, основным назначением мы видим промышленное — производство емкостей для хранения, более дешевых и долговечных, чем, скажем, металлические, но при этом безопасных с точки зрения пожаров и взрывов из-за накопления статического электричества. Но этим области применения не ограничиваются. Например, использование этого материала при производстве элементов интерьера, мебели и объектов городской инфраструктуры (лавочек, детских площадок, арт-объектов) предотвращает накопление статического электричества. В результате поверхность изделий становится приятнее на ощупь, а также меньше притягивает пыль, — отметил Дмитрий Чебочаков.

В настоящее время идут переговоры с потенциальными индустриальными партнерами о лицензировании технологии с целью запуска промышленного производства изделий из электропроводящего полимера. Но для широко внедрения новой технологии предстоит решить не только технологические, но и юридические задачи. В частности, внести изменения в соответствующие ГОСТы, которые сегодня запрещают использовать любые полиэтиленовые емкости для хранения целых классов веществ и материалов (например, ГСМ на автозаправочных станциях). Но, учитывая другие преимущества полиэтилена, о которых говорилось выше, разработчики считают эту задачу вполне решаемой в обозримой перспективе.