Разработка прототипа установки для обработки дисперсных материалов при высоком давлении, а также технологического процесса получения углеродсодержащих композитных материалов для адсорбционных и аддитивных технологий, изготовление образцов и проведение испытаний

Цели работы – 1) разработать и изготовить прототип установки для обработки порошков в средах высокого давления, 2) разработать способ получения порошкового полимерного композитного материала с углеродным наполнителем, который может быть сырьём для изготовления электропроводящего филамента для 3D-печати методом послойного наплавления, 3) разработать способ получения композитного материала на основе силикагелевого аэрогеля с углеродным наполнителем, который может выступать сорбентом для разделения и концентрирования углеводородов. Все поставленные цели были достигнуты. Разработан и создан прототип установки для обработки дисперсных материалов при высоком давлении, позволяющий вести проточную обработку суб- и сверхкритическим диоксидом углерода в режимах экстракции (сушки) и сверхкритического антисольвентного осаждения, а также стационарную обработку различными сверхкритическими средами при высоких температурах и давлениях. Спроектировано и успешно опробовано специальное устройство для распыления вязких жидкостей в среду сверхкритического флюида для антисольвентного осаждения, которая позволяет, в частности, вести работу с концентрированными полимерными растворами и суспензиями. На разработанный способ распыления вязких жидкостей в сверхкритический антирастворитель, а также на способ получения электропроводящих композитов с его использованием подана заявка на патент. С задействованием созданного прототипа установки разработаны две технологии получения композитных материалов с углеродными наполнителями: порошковые композиты типа полимер-углерод и аэрогельные композиты типа силикагель-углерод. Первые могут быть использованы как сырьё для производства электропроводящих филаментов для 3D-печати методом послойного наплавления, вторые – как адсорбенты в задачах удерживания и разделения смесей веществ. Наработаны образцы материалов и проведены исследования их свойств. В отношении полимер-углеродных композитов созданная технология, базирующаяся на сверхкритическом антисольвентном осаждении композита из суспензии, позволила получать материал с электропроводностью порядка 0.7 См/см после горячего прессования, что близко к теоретическому пределу для композиций с таким содержанием углерода (≤30% масс), которое не препятствует последующему формированию эластичных филаментов. Для силикагель-углеродных композитов разработанная технология позволяет достигать высоких значений удельной площади поверхности (> 700 м2/г) и высокой пористости (> 1 см3/г), что важно для адсорбционных приложений. Разработанные технологии планируется внедрить в производство с использованием созданного прототипа установки. Дальнейшее направление развития может лежать в сфере сочетания сверхкритической флюидной обработки материалов с ультразвуковым воздействием. Так, есть намерение в дальнейшем совместить сверхкритическое антисольвентное осаждение с ультразвуковой интенсификацией массообмена с целью повышения производительности технологии, а также обеспечения более воспроизводимого и равномерного распределения углеродного наполнителя в объёме композита. Другое возможное направление развития – применение разработанной технологии для создания полимерных композитов с другими наполнителями помимо углерода. Это может помочь повысить электропроводность получаемых материалов для 3D-печати, а также придать им иную функциональность, например, магнитные свойства.