КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 14-13-01273
НазваниеРазработка новых высокотехнологичных полимерных покрытий волоконных оптических световодов
РуководительВыгодский Яков Семенович, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова Российской академии наук, г Москва
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2014 г. - 2016 г. |
Конкурс№1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-301 - Синтез и химические превращения макромолекул
Ключевые словаВолоконная оптика, световоды, изготовление волоконных световодов, полимерные покрытия, термостойкие покрытия, полиимиды, акрилаты, полиамиды, сополимеры.
Код ГРНТИ31.25.00
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Создание новых полимерных покрытий оптоволоконных световодов является актуальной задачей науки и техники, как по отношению к массовой продукции в виде систем передачи информации на значительные расстояния, так и к высокотехнологичным областям техники: авиации, космонавтики и т.д.
В рамках проекта предполагается создание покрытий на основе полиимидов и их сополимеров с другого рода полимерами: поли(мет)акрилатами и алифатическими полиамидами. Будут синтезированы полиимиды различного строения, содержащие различные кардовые и/или фторалкиленовые группы, наличие которых обеспечивает высокие показатели тепло- и термостойкости наряду с хорошей растворимостью в органических растворителях, включая легко доступные.
Полимеризацией in situ мономеров (акрилатов и лактамов), содержащих растворенные полиимиды, будут получены сополимеры, которые, так же как и полиимиды, будут апробированы в качестве покрытий световодов. Планируется изучение поведения новых покрытий в различных условиях: под действием температуры, влаги и т.д.
Научная новизна проекта заключается в комплексной разработке ранее не описанных покрытий световодов, отработке методик их нанесения и изучении свойств полученных материалов.
Ожидаемые результаты
Предполагается, что по результатам проекта будут разработаны новые полимерные лаки на основе полиимидов и их сополимеров, применимые для нанесения на световоды и характеризующиеся улучшенными эксплуатационными свойствами. Проводимые исследования помогут расширить области применения таких световодов в различных областях, прежде всего высокотехнологичных. Также они будут способствовать развитию отечественных полимерных пленочных покрытий оптических волокон. Кроме того, отметим, что по оценкам аналитиков, оптоволоконный кабель российского производства включает в себя порядка 95% импортных комплектующих.
Соисполнители проекта из научного центра волоконной оптики РАН (НЦВО РАН) имеют богатый и плодотворный опыт сотрудничества с различными научными центрами, производителями и потребителями специальных волоконных световодов. При поддержке НЦВО РАН в Саранске строится первый в России завод по производству телекоммуникационного оптоволокна, а также под научным руководством НЦВО РАН в Технопарке Мордовия создается Инжиниринговый центр волоконной оптики для внедрения туда разработок по специальным волоконным световодам.
По результатам исследований планируется публикация статей в отечественных и зарубежных журналах.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Синтезирован ряд кардовыхи фторированных полиимидов, характеризующихся хорошей растворимостью в органических растворителях. Выявлено влияние природы растворителя, концентрации полимера и его молекулярной массы на свойства растворов и особенности нанесения полимерных покрытий. Добавление аппрета в полиимидный лак значительно улучшает адгезию наносимого покрытия к световоду. Продемонстрирована высокая термическая стабильность разработанных полиимидных покрытий (30 сек. при 430оС, 1 ч. при 350оС и 20 ч. при 300оС). Разрабатываемая технология перспективна для создания высокотермостойких покрытий световодов и значительно упрощает существующий метод.
Публикации
1. Семенов С.Л., Сапожников Д.А., Ерин Д.Ю., Забегаева О.Н., Куштавкина И.А., Нищев К.Н., Выгодский Я.С., Дианов Е.М. Высокотемпературное полиимидное покрытие для волоконных световодов Квантовая электроника, Т. 45, № 4, C. 330–332 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.1070/QE2015v045n05ABEH000000
2. Сапожников Д.А., Выгодский Я.С. Поликонденсация и конденсационные полимеры в России на рубеже столетней истории Высокомолекулярные соединения, Серия Б, Т. 57, № 4, С. 231–248 (год публикации - 2015) https://doi.org/10.7868/S2308113915040117
Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Синтезирован ряд кардовых и/или фторсодержащих полиимидов, ароматических полиамидов и полиамидоимидов растворимых в органических растворителях. Показана возможность применения широкого круга синтезированных полимеров для создания высокотермостойких оболочек оптических волокон. Обнаружено, что качество покрытия главным образом определяется химическим строением полимера, природой используемого растворителя и концентрацией наносимого раствора, а также режимами вытяжки световода и обработки (сушки) покрытия.
Так, введение фторированных фрагментов ухудшает качество покрытия и создает необходимость использования аппрета для достижения желаемой адгезии к световоду. Исключение фторированных радикалов из различных полимеров позволяет получать покрытия с удовлетворительными адгезионными свойствами в отсутствие аппрета.
Установлено, что N-метил-2-пирролидон является наиболее подходящим растворителем для изготовления покрытий из разработанных полимеров. При этом для формирования гладкой бездефектной оболочки необходима вязкость раствора полимера в диапазоне 2400 – 18000 мПа*с.
Режим вытяжки световода играет важную роль в определении параметров наносимого слоя раствора полимера, толщины вытягиваемого волокна и времени сушки покрытия. Оптимальные свойства покрытий продемонстрировали волокна с диаметром 130-170 мкм.
Изучены прочностные свойства световодов с полимерными покрытиями до и после термообработки. Наибольшей стабильностью характеризуются полиамидные покрытия: потеря прочности до 30% обнаруживается только при прогреве световодов при 300оС в течение 120ч. На примере одного из типов покрытий показано, что влажность (~25оС, ~30% RH) в течение суток не влияет на прочность световода.
Синтезированы сополимеры поли-N-винилпирролидона и различных конденсационных полимеров, которые успешно протестированы в изготовлении покрытий световодов. Такого рода покрытия обладают хорошей адгезией и стабильностью свойств при 200°С до 72ч.
Публикации
1. Выгодский Я.С., Сапожников Д.А., Байминов Б.А., Семенов С.Л., Косолапов А.Ф., Пластинин Е.А. In situ synthesis of copolymers based on polyvinylpyrrolidone and condensation polymers and their use as optical fiber coatings Progress in Organic Coatings, V. 99, pp. 210–215 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2016.05.023
2. Сапожников Д.А., Байминов Б.А., Выгодский Я.С. CОПОЛИМЕРЫ N-ВИНИЛ-2-ПИРРОЛИДОНА И КОНДЕНСАЦИОННЫХ ПОЛИМЕРОВ Доклады Академии наук. Серия химическая., Т. 468, № 4, С. 408–412 (год публикации - 2016) https://doi.org/10.7868/S0869565216110141
3. Сапожников Д.А., Забегаева О.Н., Семенов С.Л., Байминов Б.А., Ерин Д.Ю., Выгодский Я.С. Молекулярные композиты поливинилпирролидона и полигетероариленов в роли покрытий оптических световодов V Всероссийская с международным участием конференция и школа для молодых ученых «макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты», РО-20 (год публикации - 2015)
4. Сапожников Д.А., Семенов С.Л., Забегаева О.Н, Куштавкина И.А., Байминов Б.А., Нищев К.Н., Дианов Е.М., Выгодский Я.С. Высокотемпературные покрытия для волоконных световодов Спецвыпуск "Фотон-экспресс-наука 2015" по материалам Всероссийской конференции по волоконной оптике «ВКВО-2015», № 6 (126), С. 272-273 (год публикации - 2015)
5. Выгодский Я.С., Семенов С.Л., Сапожников Д.А., Попова Н.А., Байминов Б.А. ПОЛИИМИДНЫЕ ПОКРЫТИЯ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ И СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ -, Регистрационный № 2015145094, входящий № 069417 (год публикации - )
6. Выгодский Я.С., Семенов С.Л., Сапожников Д.А., Попова Н.А., Байминов Б.А. ПОЛИИМИДНЫЕ ПОКРЫТИЯ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ И СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Заявка на патент, - (год публикации - 2015)
Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Синтезирован ряд кардовых (со)полиимидов, ароматических сополиамидов, полиамидоимидов, сополимеров полиэтилакрилата и полиимида, поликапроамида и полиимида, а также нанокомпозитов поликапроамида с углеродными нанотрубками и полиимидами. Показана перспективность применения некоторых синтезированных полимеров для создания высокотермостойких первичных оболочек оптических волокон.
Продолжено изучение влияния технологических параметров изготовления покрытий (скорости вытяжки световодов и диаметра отверстия фильеры) и строения используемых полимерных систем на свойства формируемых покрытий. Установлено, что сополиимиды с различной длиной силоксановых фрагментов имеют некоторые особенности изготовления покрытий на их основе. Исследована возможность изготовления покрытий in situ непосредственно после синтеза ПА.
Новые разработанные покрытия обладают высокими прочностными свойствами и, в зависимости от строения, достаточной адгезией к световоду как в присутствии аппрета, так и без него. Установлено, что покрытие из сополиимида с боковыми карбоксильными группами обладает удовлетворительной адгезией к волокну в отсутствие промоутера адгезии. Прочность такого световода снижается не более чем на 10 % после испытаний при 300оС в течение 72 ч.
Изготовлены световоды с новыми покрытиями, выдерживающими 72 ч воздействие 300°С и 30 сек обработку при 430°С с сохранением исходной прочности на изгиб. Разработанные полиимидные покрытия превосходят по гидролитической устойчивости коммерческий продукт фирмы Ceram Optec (Латвия).
Световоды с покрытиями на основе полиэтилакрилата и полиимида, и нанокомпозитов поликапроамида, полиимида и одностенных углеродных нанотрубок сохраняют свои механические свойства после 3 ч при 80°С и 24 ч при 200°С соответственно.
Публикации
1. Косолапов А.Ф., Пластинин Е.А., Семенов С.Л., Байминов Б.А., Сапожников Д.А., Выгодский Я.С. Высокотехнологичный полиимидный лак для изготовления покрытия волоконного световода Краткие сообщения по физике ФИАН, № 3 (год публикации - 2017)
2. Сапожников Д.А., Арутюнова А.О., Байминов Б.А., Забегаева О.Н., Выгодский Я.С. Синтез и свойства хлорсодержащих полиимидов Высокомолекулярные соединения. Серия Б, - (год публикации - 2017)
3. Сапожников Д.А., Байминов Б.А., Забегаева О.Н., Алексеева Д.Д., Семенов С.Л., Косолапов А.Ф., Пластинин Е.А., Бузин М.И., Выгодский Я.С. The influence of organosoluble (co)polyimides side functionalization and drawing parameters on the optical fibre coatings formation and properties High Performance Polymers, - (год публикации - 2017)
4. Сапожников Д.А., Байминов Б.А., Забегаева О.Н., Алексеева Д.Д., Семенов С.Л., Косолапов А.Ф., Пластинин Е.А., Бузин М.И., Выгодский Я.С. Nylon-6 and single walled carbon nanotubes polyamide composites: formulation and characterization High performance polymers, - (год публикации - 2016) https://doi.org/10.1177/0954008316645848
5. Байминов Б.А. Кардовые полигетероарилены в качестве покрытий световодов VII молодежная конференция "Инновации в химии: достижения и перспективы", С. 116 (год публикации - 2016)
6. Байминов Б.А., Сапожников Д.А., Выгодский Я.С., Попова Н.А., Алексеева Д.Д., Семенов С.Л., Косолапов А.Ф. Synthesis and investigation of aromatic (co)polyamides and their application in the optical fibre technology Polycondensation 2016, PSP 1 (год публикации - 2016)
7. Байминов Б.А., Сапожников Д.А., Попова Н.А., Алексеева Д.Д., Семенов С.Л., Косолапов А.Ф., Выгодский Я.С. Synthesis and using of organo soluble (co)polyimides in optical fibres coatings production Polycondensation 2016, PSP 22 (год публикации - 2016)
8. Забегаева О.Н., Сапожников Д.А., Байминов Б.А., Крестинин А.В., Выгодский Я.С. Modification of Single-Walled Carbon Nanotubes by Polyimides for Nylon-6 Composites Reinforcing Polyimides & High Performance Polymers. STEPI 10, PI-4 (год публикации - 2016)
9. Забегаева О.Н., Сапожников Д.А., Байминов Б.А., Крестинин А.В., Семенов С.Л., Выгодский Я.С. Polyamide reinforcing by modified single-walled carbon nanotubes as the protective coatings for optical fibre Polycondensation 2016, PSP 34 (год публикации - 2016)
10. Сапожников Д.А., Байминов Б.А., Попова Н.А., Семенов С.Л., Ерин Д.Ю., Косолапов А.Ф., Выгодский Я.С. Cardo (Co)polyimides and Aromatic (Co)polyamides As The Protective Optical Fibre Coatings Polyimides & High Performance Polymers. STEPI 10, PVI-2 (год публикации - 2016)
11. Выгодский Я.С., Семенов С.Л., Сапожников Д.А., Попова Н.А., Байминов Б.А., Косолапов А.Ф., Пластинин Е.А. ПОКРЫТИЯ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ ИЗ АРОМАТИЧЕСКИХ ПОЛИАМИДОВ И СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ -, Регистрационный номер: 2016148947, входящий номер: 078641 (год публикации - )
Возможность практического использования результатов
не указано