Ученые ТГАСУ и ТПУ разрабатывают отечественные стеклянные микросферы для применения в строительной и нефтегазовой отраслях

Практика взаимодействия со строительными и промышленными компаниями показала существенно возрастающие требования к изделиям из композитных материалов. Один из самых серьезных вызовов для всей строительной отрасли сегодня является не только повышение эксплуатационных характеристик материалов, но и возможность их применения в широком температурном диапазоне. Благодаря комплексу физических и механических свойств, полые стеклянные микросферы являются весьма перспективным материалом.

Полые стеклянные микросферы – это легкосыпучий порошок белого цвета, состоящий из сферических частиц диаметром не более 200 мкм. Микросферы вырабатываются из боросиликатного стекла. Состав и форма обеспечивают высокую прочность, огнеустойчивость и низкую плотность.

По словам руководителя молодежной лаборатории «Новые строительные материалы», ведущего научного сотрудника ТГАСУ Валентина Шеховцова, полые стеклянные микросферы активно применяются в строительной и нефтегазовой отраслях. Однако с уходом ряда зарубежных компаний необходимо решать вопрос импортозамещения как самого материала, так и оборудования для его производства.

– На российском рынке работала американская компания «3М», которая в этом году свернула свою деятельность в нашей стране. Она поставляла порядка 80 процентов ПСМ в «Газпром», «Роснефть» и другие компании, – поясняет Валентин Шеховцов. – Сейчас рынок таких материалов остался, а поставщиков практически нет. Наша задача разработать технологию производства отечественных ПСМ, по эксплуатационным качествам ничуть не уступающим зарубежным аналогам.

В состав исследовательского коллектива вошли: магистрант I курса кафедры прикладной механики и материаловедения Роман Бакшанский, ведущий научный сотрудник и руководитель молодежной лаборатории Валентин Шеховцов и сотрудники Научно-образовательного центра Н.М. Кижнера Томского политеха, в том числе молодые ученые – аспиранты и магистранты.

Представители политехнического университета в совместном проекте отвечают за производство боросиликатного стекла.
– Составы стекол, которые используются для получения полых стеклянных микросфер, разнообразны и зависят от выбранного способа получения микросфер и области их применения. На первоначальном этапе исследования мы работали с боросиликатным стеклом: оно отличается относительной легкоплавкостью и высокими физико-механическими свойствами. Для получения прочных и относительно легких микросфер, с учетом диаметра и толщины стенки, предпочтительны составы с высоким содержанием SiO2, с ростом количества которого прочность стекла увеличивается, а плотность уменьшается. Процесс стекловарения осуществляется в корундовом тигле в лабораторной печи при температуре 1350 °С. Для получения стеклогранулята сваренная стекломасса сливается в холодную воду, сушится и измельчается в планетарной мельнице до среднего размера частиц 10 мкм, – комментирует профессор Научно-образовательного центра Н.М. Кижнера ТПУ Ольга Казьмина.

Специалисты ТГАСУ занимались плазменной обработкой стеклогранулята для получения полых микросфер. Однако в процессе исследования было установлено, что в плазме материал сгорал. Поэтому, томские ученые предложили обработку газопламенным методом.
– Мы собрали газопламенную установку. Получили образцы полых стеклянных микросфера на этой установке. Сейчас масштабируем технологию обработки микросфер, – рассказывает Валентин Шеховцов. – Доводим до нужных параметров отдельные узлы установки. Например, задача магистранта Романа Бакшанского – установить оптимальные параметры процесса получения полых стеклянных сфер в пламени пропано-воздушной горелки с заданным диаметром и толщиной оболочки.

Исследовательский коллектив подготовил научную публикацию с первыми результатами исследований. Статья, посвященная получению полых стеклянных микросфер (ПСМ) в пропано-воздушном факеле, отправлена во всероссийский научный журнал «Стекло и керамика» (Москва).

Источник: Новости ТГАСУ