Цифровой конструктор новых полимеров
Разработка южноуральских учёных позволяет проектировать полимеры с заданными свойствами за несколько недель.
Учёные Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) разработали компьютерную систему, подбирающую компоненты рецептуры пластика под требования конкретных отраслей и условий эксплуатации, включая экстремальные. Система рассчитывает оптимальное сочетание компонентов с учётом прочности, эластичности, экологичности и устойчивости к температурам. Это позволяет перейти от длительного подбора рецептур методом проб и ошибок к целенаправленному проектированию, сокращая сроки разработки с месяцев и лет до недель.
Новинка основана на компьютерном моделировании поведения молекул поливинилхлорида и пластификаторов. Цифровая модель воспроизводит формирование материала – от отдельных молекулярных фрагментов до готовой полимерной структуры. Система оценивает влияние компонентов на свойства будущего материала, прогнозирует температуру стеклования – точку перехода пластика из твёрдого состояния в высокоэластичное. Это позволяет оценивать прочность и гибкость материала ещё до начала лабораторных экспериментов.
Морозостойкий полимер для Арктики
Одним из первых подтверждённых результатов успешного применения конструктора стала рецептура морозостойкого пластика для Крайнего Севера. При низких температурах пластиковые детали, включая уплотнители трубопроводов, становятся ломкими, а мембраны, окна, инженерные системы и изоляция электропроводки должны функционировать на открытом воздухе длительный период. Если пластик трескается и крошится, это снижает надёжность всей конструкции.
На основе расчётов модели специалисты ЮУрГУ подобрали сочетание молекулярных участков с разными химическими свойствами. Полярные группы обеспечивают взаимодействие добавки с полимером, сохраняя прочность. Неполярные участки способствуют подвижности цепей, позволяя пластику оставаться гибким при охлаждении. В результате создан состав, сохраняющий свойства при - 60°C. По оценке разработчиков, морозостойкость материала примерно на 20% выше показателей большинства аналогов.
От нефтегаза до медицины
Система подходит для ускоренной разработки пластиков для нефтегазовой отрасли, строительства, медицины, производства товаров народного потребления, транспортной инфраструктуры и других сфер, где требуются материалы с заранее заданными свойствами.
Ранее учёные ЮУрГУ уже сообщали о создании термоустойчивого поливинилхлорида, выдерживающего нагрев до 173°C (на 16% выше стандартного показателя). В основе работы – термодинамический портрет миграции пластификатора, полученный методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Полученные данные использовались для построения модели, предсказывающей изменение свойств пластика в зависимости от рецептуры. Этот состав планируется применять в медицинских изделиях, упаковке и продукции, требующей долговечности и устойчивости к нагреву.
Гонка за цифровые полимеры
Компьютерное проектирование полимеров развивается в России и за рубежом. Весной 2024 года Центр НТИ «Цифровое материаловедение» МГТУ им. Баумана представил веб-сервис PolymerAI для прогнозирования с использованием ИИ механических свойств полимеров. Университет Иннополис анонсировал сервис, обученный на 12 тысячах рецептур полимерных плёнок ГК «Данафлекс». В августе 2025 года учёные Массачусетского технологического института и Университета Дьюка применили машинное обучение для поиска механофоров – молекулярных соединений, повышающих устойчивость материалов к разрыву примерно в четыре раза.
Подход же ЮУрГУ базируется на математическом моделировании физико-химических процессов, а не на анализе готовых баз данных. Это даёт возможность конструировать принципиально новые составы с нуля под заданные параметры эксплуатации.
В ближайшие годы Россия готовится нарастить выпуск полимеров за счёт ввода в строй нескольких крупных предприятий. В частности, ПАО «СИБУР» открыл в Тобольске Центр пилотирования технологий. АО «Саянскхимпласт» расширяет выпуск поливинилхлорида. В 2026 году запускает первые линии Амурский газохимический комплекс (мощностью 2,7 миллиона тонн готовой продукции в год). Строится Балтийский химический комплекс в Усть-Луге (до 2,8 млн тонн полиэтилена, запуск – 2027 год). ООО «Иркутский завод полимеров» (650 тысяч тонн) завершает пусконаладочные работы и поэтапно выходит на проектную мощность.
На фоне увеличения реальных производств разработка учёных ЮУрГУ становится особенно востребованной. Она сокращает объём дорогостоящих физических экспериментов и автоматизирует часть исследований. В перспективе такие системы войдут в интегрированные платформы промышленного проектирования, объединяющие расчёты и заводские данные.
