Композиционный материал на основе полиэтилена, модифицированного наночастицами диоксида кремния
Основная информация
Название :
Композиционный материал на основе полиэтилена, модифицированного наночастицами диоксида кремния
Автор предложения:
Основное технологическое направление :
Новые конструкционные материалы, методы обработки и производства
Дополнительные технологические направления :
Био, медицинские и фармацевтические технологии
Дата публикации:
25.07.2025
Видимость :
Да
Аннотация:
Разработка относится к полимерным композиционным материалам, обладающим высокой стойкостью к действию ионизирующих излучений. Композиционный материал, на основе полиэтилена марки ПВД 15303-003, модифицирован наночастицами SiO2, размером 12 нм, удельной поверхностью 220 м2/г, при концентрации 1 масс. %. Технический результат разработки заключается в создании нанокомпозитного материала с высокой радиационной стойкостью на основе полиэтилена, модифицированного наночастицами SiO2.
Решаемые проблемы и области применения
Решаемые проблемы :
Разработка позволяет существенно увеличивать радиационную стойкость полиэтилена для использования в условиях воздействия ионизирующих излучений, в том числе при воздействии факторов космического пространства (кванты солнечного спектра, ускоренные электроны и протоны).
Области применения:
IT, электроника и приборостроение
Технология
Описание технологии и ее ценность :
Технология изготовления полимерного нанокомпозитного материала осуществляеся с использованием пластографа Брабендера, где составляющие смешиваются на двухшнековом экструдере, а затем формуются под давлением в прессе. Экспериментально установлено, что при оптимальной концентрации наночастиц (1 масс. % nSiO2) в объеме полиэтилена стойкость к действию ускоренных электронов (для энергии электронов E=30 кэВ и флюенса Ф=3∙1016 см-2) в 7 раз выше, чем у исходного полиэтилена. Благодаря тому, что полиэтилен хорошо перерабатывается, изделия с высокой ра
Научная база :
1. Патент № 2807355 C1 Российская Федерация, МПК C08L 23/06, C08K 3/36. Композиционный материал на основе полиэтилена, модифицированного наночастицами диоксида кремния : № 2023123836 : заявл. 15.09.2023 : опубл. 14.11.2023 / М. М. Михайлов, В. А. Горончко, А. Н. Лапин, С. А. Юрьев ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники".
2. Radiation resistance of polypropylene modified with nanoparticles of oxide compounds / M. M. Mikhailov, V. A. Goronchko, A. N. Lapin, S. A. Yuryev // Polymer. – 2024. – Vol. 296. – P. 126796. – DOI 10.1016/j.polymer.2024.126796.
3. Investigation of the nature of polypropylene absorption bands before and after electron irradiation / M. M. Mikhailov, V. A. Goronchko // Polymer Degradation and Stability. – 2022. – Vol. 202. – P. 110032. – DOI 10.1016/j.polymdegradstab.2022.110032.
4. Changes in the Electrical Conductivity of Polypropylene Modified with Nanoparticles of Oxide Compounds / M. M. Mikhailov, V. A. Goronchko // Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2022. – Vol. 16, No. 3. – P. 343-346. – DOI 10.1134/S1027451022030284.
5. Recording of carbon clusters and (–СН2–)n radicals in a vacuum at the site of irradiation (in situ) of polyethylene / M. M. Mikhailov // Polymer Degradation and Stability. – 2021. – Vol. 191. – P. 109682. – DOI 10.1016/j.polymdegradstab.2021.109682.
6. Studying the Radiation Stability of the Optical Properties of Polypropylene Modified with Al2O3 Nanoparticles / M. M. Mikhailov, V. A. Goronchko, S. M. Lebedev // Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2021. – Vol. 15, No. 4. – P. 655-659. – DOI 10.1134/S1027451021040121.
Конкурентные технологии :
Разработан материал [RU 02368629 С2, опубл. 27.09.2009], представляющий собой агломераты частиц элементарного бора с полиолефиновым покрытием размером от 20 до 100 мкм Синтезированный материал может применяться для создания портативных нейтронных генераторов и элементов радиационной защиты в медицинской аппаратуре. Его недостатком является использование микропорошков, которые в отличии от нанопорошков обладают меньшей эффективность
Повышение радиационной стойкости полимеров так же возможно при модифицировании наноуглеродными материалами такими как фуллерен C60 [Туйчиев Ш., Рашидов Д., Акназарова Ш., Саломов Д., Шерматов Д. Исследование радиационной стойкости наноуглеродосодержащих полимеров. Известия Академии наук Республики Таджикистан. Отделение физико-математических, химических, геологических и технических наук. 2012. № 2. С. 83-88.]. Они играют роль стабилизаторов полимеров в условиях фото- и радиационного старения. Недостатком является высокая стоимость модифицирующих добавок.
Достаточно распространённым методом повышения радиационной стойкости полимеров является введение в их цепь звеньев этилена [Лисаневич М.С., Галимзянова Р.Ю., Мукменева Н.А., Хакимуллин Ю.Н., Рахматуллина Э.Р., Хуснутдинова Э.В., Сиразетдинов Д.С., Гарипов И.И. Исследование радиационной стойкости блоксополимера пропилена и этилена и возможности ее повышения. Вестник Технологического университета. 2018. Т. 21. № 10. С. 100-103]. Данный способ активно применяется в медицине, но для использования в космической технике малоэффективен.
Инновационность технологии, конкурентные преимущества :
Фото- и радиационная стойкость рабочих характеристик является основополагающим параметром материалов космической техники. Для модифицированного наночастицами полиэтилена она в 7 раз выше, чем у немодифицированного при облучении электронами (для энергии E=30 кэВ и флюенса Ф=3∙1016 см-2).
Потенциал импортозамещения :
Применение нанотехнологий для увеличения фото- и радиационной стойкости обусловлено приданием новых свойств и рабочих характеристик материалам, снижением массогабаритных характеристик элементов конструкций, возможности импортозамещения материалов, применяемых ранее в конструкциях, что обеспечит создание космических аппаратов нового поколения.
Текущее состояние
Стадия готовности :
TRL 5. Экспериментальный образец в реальном масштабе
Описание текущего состояния :
Разработана технология изготовления композиционного материала на основе полиэтилена, модифицированного наночастицами диоксида кремния, определена оптимальная концентрация наночастиц в объеме полимера, исследованы оптические свойства и радиационная стойкость в условиях, приближенных к реальным услови
Интеллектуальная собственность :
| Название документа | Патент № 2807355 C1 Российская Федерация. Композиционный материал на основе полиэтилена, модифицированного наночастицами диоксида кремния: № 2023123836: заявл. 15.09.2023: опубл. 14.11.2023 / М. М. Михайлов, В. А. Горончко, А. Н. Лапин, С. А. Юрьев; заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники". |
| Номер | Патент № 2807355 C1 Российская Федерация |
Команда проекта
Численность проектной команды :
6
Структура и компетенции команды :
В состав команды входят высококвалифицированные специалисты ФГАОУ ВО ТУСУР, имеющие многолетний опыт работы в области радиационного и космического материаловедения. Возможности решения поставленных задач определяются богатым опытом научных исследований коллектива, имеющимся современным оборудованием высокого уровня, методик и программного обеспечен
Члены команды :
| Михайлов Михаил Михайлович | руководитель | доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией радиационного и космического материаловедения (РКМ) |
| Нещименко Виталий Владимирович | исследователь | доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории РКМ |
| Лапин Алексей Николаевич | исследователь | кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории РКМ |
| Юрьев Семен Александрович | исследователь | кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории РКМ |
| Горончко Владимир Александрович | исследователь | кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории РКМ |
| Федосов Дмитрий Сергеевич | исследователь | научный сотрудник лаборатории РКМ |
Бизнес-модель
Целевые сегменты:
Химическая и нефтехимическая отрасль, кабельное производство, автомобильное производство, космическая отрасль, приборостроение, атомная энергетика
Потребность в производственном партнёре :
Требуется партнер для внедрения технологии в производство
Ценностное предложение:
Совместное внедрение технологии изготовления композиционного материала на основе полиэтилена, модифицированного наночастицами диоксида кремния в производство
Каналы продаж и монетизация:
Лицензионные договоры по приобретению готовых технологий, заказы на НИОКР, заказы на проведение исследований материалов, терморегулирующих покрытий (ТРП) и их компонентов, а именно:
1. Внедрение разработанных технологий в цикл производства предприятия.
2. Исследование спектров диффузного отражения и коэффициента as пигментов, связующих, функциональных добавок ТРП Заказчика до и после облучения различными видами излучений (электроны, протоны, ультрафиолет) в вакууме до 5·10-6 торр.
3. Сравнение характеристик используемых в настоящее время Заказчиком покрытий и/или их компонентов с разработанными в лаборатории РКМ ТУСУР модифицированными покрытиями/компонентами (примеры разработок представлены в приложении).
4. Проведение исследований образцов ТРП и их компонентов на оборудовании лаборатории РКМ ТУСУР.
5. Подготовка образцов разработанных в лаборатории РКМ ТУСУР пигментов и покрытий для прохождения испытаний на предприятии Заказчика в соответствии с необходимыми для внедрения в производство требованиями.
6. Совместная разработка пигментов, связующих и готовых ТРП по техническому заданию Заказчика.
7. Модифицирование существующих и широко используемых покрытий и их компонентов с целью улучшения характеристик (повышение фото- и радиационной стойкости, снижение коэффициента as и др.).
8. Выполнение любых других исследований ТРП и материалов Заказчика на имитаторе условий космического пространства «Спектр», а также исследований состава, структуры, оптических, электрических, механических и других свойств на нашем аналитическом оборудовании (список оборудования представлен в приложении).
Предложение инвестору / партнеру
Потребность в производственном партнёре :
Требуется партнер для внедрения технологии в производство
Необходимые ресурсы для реализации проекта :
Финансирование для проведения дополнительных работ (рассчитывается в зависимости от условий предприятия, по запросу):
1) постановка технологии на предприятии;
2) адаптация технологии к оборудованию предприятия и массовому производству;
3) исследование рабочих характеристик конечного продукта.
Дорожная карта развития проекта :
| 2025 | 2026 |
| Мелкосерийное производство | Серийное производство |
Прикреплённые файлы к проекту :
Приложение 1 Оборудование.docx
Приложение 2 Пигменты.docx
Приложение 3 Научный задел.docx
Патент ПЭ nSiO2 к технологии 2.PDF