ИСТИНА

Проект направлен на решение научной проблемы – установление закономерностей состав-структура свойства в минеральных волокнах при воздействии экстремально низких температур

In recent years, more and more requirements have been imposed on materials for the possibility of their use in extreme conditions. This is of particular importance in projects related to the development of the Arctic regions and the production of LNG. Under these extreme conditions, the materials must be resistant to operation at deep negative temperatures (up to minus 196 C), resistant to sudden temperature changes, and withstand exposure to sea water. Mineral fibers have great potential for use under extreme conditions for this range of applications. Due to their high mechanical characteristics (mineral fibers have higher strength and modulus of elasticity (2800 - 3200 MPa, 60 - 70 GPa) than the currently widely used glass fiber grade E (2500 - 2800 MPa, 45 - 60 GPa), they can be used as structural materials.At the same time, the wide use of mineral fibers in extreme conditions is limited due to insufficiently studied their long-term properties.This problem is supposed to be solved in this project by establishing the mechanisms of destruction of mineral fibers in extreme conditions (high temperatures, ultra-low temperatures, aggressive environments) and determining the relationship of these mechanisms with the production technology, composition, structure and surface of fibers and materials based on them.

К концу 1 года будет получено 15 образцов минеральных волокон, обработанных при долгосрочном воздействии отрицательной температуры. Волокна, полученные при разных условиях (разных технологических параметрах), выдержанные при температурах 0 °С, минус 50°С, минус 100°С, минус 196°С в течении 1, 7, 14, 21 дней будут исследованы комплексом методов физико-механического анализа. Планируется проведение комплексного изучения структуры обработанных волокон, характера микро- и нанонеоднородностей на их поверхности, а также основных физико-механических свойств (кристаллизация, прочность, модуль упругости и пр.). Исследование структуры минеральных волокон включает в себя определение локального окружения входящих в стекла катионов-сеткообразователей и катионов-модификаторов, а также расчет степени полимеризации стекла и числа немостиковых атомов кислорода. Комплексное исследование структурных свойств будет проведено с использованием методов ИК-спектроскопии, КР-спектроскопии, ЯМР-спектроскопии. Для обнаружения нано- и микродефектов на поверхности волокна будут использованы методы сканирующей электронной микроскопии, EDX и оптического анализа. Особое внимание будет уделено изменению структуры поверхности волокон. Дополнительно планируется определение механических характеристик полученных волокон. На основании выявленных закономерностей технология получения- состав – структура –свойства будет установлен механизм разрушения минеральных волокон при экстремальных температурах. Установление механизма позволит получать волокна более стойкие в указанном диапазоне температур, а также прогнозировать ресурс их работы. На основании полученных результатов будут опубликованы 2 работы в журналах индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus).

В течение последних 5 лет научный коллектив специализировался в области исследования минеральных волокон. В течение нескольких лет в лаборатории проводились исследования влияния различных катионов, в частности катионов-сеткообразователей алюминия и кремния, на физико-химические свойства стекол и волокон на их основе По теме работы опубликовано 11 работ, реферируемых в системе ISI Web of Knowledge и SCOPUS. Для оценки параметров минерального волокна использованы методы, выбранные на основе анализа широкого круга отечественных и зарубежных стандартов, методик исследования минеральных волокон. В основу работы заложен оригинальный системный подход к изучению зависимостей “состав-структура-свойства-технологические параметры”, основанный на комплексном изучении свойств волокон методами мессбауэровской спектрометрии, рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрии и др. Наши исследования показали, что основную роль в определении механических характеристик играет химический состав волокна, а также количество и вид дефектов на его поверхности. В ходе проведенных исследований были установлено влияние на свойства волокон отдельных компонентов (FeO, Fe2O3, Al2O3, ZrO2, MgO). Показано, что добавки оксидов щелочных металлов увеличивают модуль упругости базальтовых волокон за счет перехода оксида алюминия в тетраэдрическое состояние, в качестве сеткообразователя.

1 год В течение 1 года будет получено 15 образцов минеральных волокон, обработанных при долгосрочном воздействии температуры. Волокна, полученные при разных условиях (разных технологических параметрах), выдержанные при температурах 0 °С, минус 50°С, минус 100°С, минус 196°С в течении 1, 7, 14, 21 дней будут исследованы комплексом методов физико-механического анализа. Планируется проведение комплексного изучения структуры обработанных волокон, характера микро- и нанонеоднородностей на их поверхности, а также основных физико-механических свойств (кристаллизация, прочность, модуль упругости и пр.). Исследование структуры минеральных волокон включает в себя определение локального окружения входящих в стекла катионов-сеткообразователей и катионов-модификаторов, а также расчет степени полимеризации стекла и числа немостиковых атомов кислорода. Комплексное исследование структурных свойств будет проведено с использованием методов ИК-спектроскопии, КР-спектроскопии, ЯМР-спектроскопии. Для обнаружения нано- и микродефектов на поверхности волокна будут использованы методы сканирующей электронной микроскопии, EDX и оптического анализа. Особое внимание будет уделено изменению структуры поверхности волокон. Дополнительно планируется определение механических характеристик полученных волокон. На основании выявленных закономерностей технология получения- состав – структура –свойства будет установлен механизм разрушения минеральных волокон при экстремальных температурах . Установление механизма позволит получать волокна более стойкие в указанном диапазоне температур, а также прогнозировать ресурс их работы. На основании полученных результатов планируется опубликовать 2 работы в журналах индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus). 2 год В течение 2 года будет получено 15образцов минеральных волокон, обработанных при долгосрочном воздействии морской воды . Волокна, полученные при разных условиях (разных технологических параметрах) будут выдержанны в морской воде в течение 1, 7, 30 и 60 дней. А также в условиях одновременного воздействия морской воды и низкой температуры (0°С, минус 50°С, минус 100°С, минус 196°С). Планируется проведение комплексного изучения структуры обработанных волокон, характера микро- и нанонеоднородностей на их поверхности, а также основных физико-механических свойств (кристаллизация, плотность и пр.). Исследование структуры минеральных волокон включает в себя определение локального окружения входящих в стекла катионов-сеткообразователей и катионов-модификаторов, а также расчет степени полимеризации стекла и числа немостиковых атомов кислорода. Комплексное исследование структурных свойств будет проведено с использованием методов ИК-спектроскопии, КР-спектроскопии, ЯМР-спектроскопии. Для обнаружения нано- и микродефектов на поверхности волокна будут использованы методы сканирующей электронной микроскопии, EDX и оптического анализа. Особое внимание будет уделено изменению структуры поверхности волокон. Дополнительно планируется определение механических характеристик полученных волокон. На основании выявленных закономерностей технология получения- состав – структура –свойства будет установлен механизм разрушения минеральных волокон при долгосрочном воздействии агрессивных сред. Установление механизма позволит получать волокна более химически стойкие, а также прогнозировать ресурс их работы. На основании полученных результатов планируется опубликовать 2 в журналах индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus).