Лаборатория
полимеркомпозитных материалов (ПКМ) создана в Тюменском индустриальном
университете в июле 2025 года в рамках национального проекта «Наука и
университеты» Министерства науки и высшего образования Российской Федерации,
грант FEWN-2025-0005.
Цель
лаборатории — проведение комплексных научных исследований, направленных на
анализ поведения и разработку методик применения полимеркомпозитных материалов
отечественного производства в экстремальных условиях Арктической и
Субарктической зон России. Ключевой задачей является создание надежной
научно-технической базы для расширенного внедрения ПКМ в качестве строительных
конструкций, деталей и узлов оборудования нефтедобывающих предприятий, что
позволит повысить надежность, долговечность и экономическую эффективность
объектов нефтедобывающей инфраструктуры на севере.
Общие
сведения о возможностях лаборатории включают проведение фундаментальных и
прикладных исследований в области материаловедения. Лаборатория оснащена оборудованием
для изучения физико-механических свойств, коррозионной стойкости и структурной
стабильности полимеркомпозитов при длительном воздействии низких температур (до
-60°C), повышенной влажности, агрессивных сред (засоленность, кислые и щелочные
грунты, нефтяные флюиды). Ключевым направлением деятельности является климатическая
квалификация материалов, включающая как лабораторные испытания, так и натурные
полигонные исследования.
В 2025 - 2027
г. лаборатория разрабатывает проект: "Разработка методик определения
возможностей и условий применения полимеркомпозитных материалов в качестве
строительных конструкций, деталей и узлов оборудования нефтедобывающих
предприятий в Арктической и Субарктической зонах России". В рамках
лаборатории работает научная группа по проблемам применения полимеркомпозитных
материалов в условиях Арктики, которая проводит системный анализ,
экспериментальные исследования и разрабатывает практические для промышленности.
Научный задел коллектива подтверждается ранее проведенными исследованиями в
области применения ПКМ в Арктике и патентом на полезную модель «Композитная
противопучинистая свая».
НАУЧНЫЕ ГРУППЫ
Пезин
Дмитрий Александрович –руководитель
научной группы, кандидат наук, ведущий научный сотрудник
Научная
группа изучает поведение полимеркомпозитных материалов (ПКМ) в экстремальных
арктических условиях: воздействие сверхнизких температур, агрессивных сред и
высокой влажности. Группа проводит эксперименты и полигонные испытания для
оценки долговечности ПКМ и разрабатывает рекомендации по их безопасному
применению в строительных конструкциях и оборудовании нефтедобывающих
предприятий
Научная группа тесно сотрудничает с ведущими нефтедобывающими компаниями, а также с академическими институтами, включая Санкт-Петербургский политехнический университет и Якутский научный центр СО РАН.
Научная группа тесно сотрудничает с ведущими нефтедобывающими компаниями, а также с академическими институтами, включая Санкт-Петербургский политехнический университет и Якутский научный центр СО РАН.
ЧТО СДЕЛАНО
В период с
июля по октябрь2025 года в рамках научной темы FEWN-2025-0005 выполнено
следующее:
- Проведены комплексные климатические испытания полимеркомпозитных материалов (ПКМ). В июле исследовано комбинированное воздействие УФ-излучения, влаги и тепла. Установлено, что поверхностной деградации материалов не наблюдается, а изменения механических свойств носят микроструктурный характер, что подтверждает общую устойчивость ПКМ к атмосферным воздействиям.
- Исследовано влияние технологии изготовления и водопоглощения на свойства ПКМ. В августе проведены испытания образцов после длительной экспозиции в воде (до 365 дней) при температурах +20°C и -60°C. Установлено, что водопоглощение приводит к снижению прочности при растяжении на 10.5%, при изгибе на 11.4%. Наибольшая деградация свойств выявлена в зоне активного влагонасыщения (глубина 0.3 м). Разработаны рекомендации по применению технологий с минимальной пористостью – вакуумной инфузии и пултрузии.
- Проведены низкотемпературные испытания ударной вязкости термопластов. В сентябре исследованы полиамиды (ПА), полибутилентерефталат (ПБТ) и поликарбонат (ПК) в диапазоне температур от +20°C до -70°C.
- Разработана методика неразрушающего контроля ПКМ-конструкций. Подтверждена репрезентативность использования образцов-свидетелей для мониторинга состояния реальных конструкций (буроопускных свай) по параметрам водопоглощения и механических свойств. Выявлено: ПА и ПБТ подвержены резкому охрупчиванию при -60°C (вязкость ПА снижается с 14.2 до 3.2 Дж/см²) ПК демонстрирует высокую стабильность свойств (сохраняет >90% ударной вязкости после 2400 часов при -70°C)
- Сформирована научная база для нормативной документации. Получены данные для разработки коэффициентов запаса прочности (Y₁ и Y₂) и рекомендаций по применению ПКМ в арктических условиях. Сформулированы предложения по замене ПБТ и ПА на более стойкие материалы (ПК, ПЭЭК) в ответственных узлах оборудования.
Таким образом, за прошедший период получены экспериментальные данные, подтверждающие принципиальную возможность применения ПКМ в арктических условиях, и выявлены конкретные материалы и технологии, требующие ограничения или специальных мер защиты.
УНИКАЛЬНОСТЬ ЛАБОРАТОРИИ
Уникальность
лаборатории заключается в создании замкнутого цикла «фундаментальное
исследование — верификация данных — разработка методик и нормативной базы —
внедрение в проектирование», что делает ее ключевым центром компетенций в
области арктического материаловедения ПКМ. Данный подход складывается из
следующих факторов:
1. Интегрированная
система исследований «лаборатория-полигон»
Лаборатория
не ограничивается стендовыми испытаниями, а реализует полный цикл изучения
поведения материалов — от лабораторных тестов до длительных натурных
экспериментов на климатических полигонах в Тюмени и Якутске. Это позволяет
получать верифицированные данные, максимально приближенные к реальным условиям
эксплуатации в Арктике и Субарктике.
2. Фокус
на долговременных и комбинированных деградационных факторах
В отличие от
стандартных испытаний, лаборатория специализируется на изучении
синергетического воздействия нескольких экстремальных факторов одновременно:
сверхнизких температур (до -70°C), повышенной влажности, циклов замораживания-оттаивания,
агрессивных сред (засоленность, нефтяные флюиды) и УФ-излучения. Такой подход
позволяет прогнозировать долговечность и ресурс конструкций на десятилетия.
3. Разработка
и внедрение уникальной методики неразрушающего контроля.
Лабораторией
экспериментально доказана и внедрена оригинальная методика мониторинга
состояния полноразмерных конструкций (буроопускных свай) с помощью
образцов-свидетелей. Это обеспечивает возможность прогнозирующего контроля
технического состояния ответственных конструкций без их извлечения или
разрушения, что имеет высокую практическую ценность для эксплуатантов.
4. Создание
специализированной базы данных механических свойств ПКМ для Арктики.
Формируется
уникальная компьютеризированная база данных, аккумулирующая низкотемпературные
свойства отечественных ПКМ в зависимости от технологии изготовления и
длительности воздействия деградационных факторов. Эта база станет основой для
цифровых моделей материалов и будет интегрирована в средства проектирования,
что существенно сократит сроки и повысит надежность проектных работ для
северных регионов.
5. Ориентация
на создание нормативно-технической базы
Лаборатория
не только генерирует научные знания, но и напрямую транслирует их в
практическую плоскость, разрабатывая проекты нормативно-технических документов,
регламентирующих применение ПКМ в зоне многолетнемерзлых грунтов. Это
восполняет критический пробел в отечественной стандартизации.
6. Экспертиза
в области сравнительного анализа технологий и материалов
Проведенные исследования
позволили лаборатории сформировать экспертную позицию по применимости различных
классов материалов (ПА, ПБТ, ПК, ПЭЭК) и технологий их изготовления (пултрузия,
вакуумная инфузия и др.) для конкретных условий Арктики, что позволяет давать
обоснованные рекомендации промышленным партнерам.
