Jak wydłużyć sprawność sprzętu wojskowego? Nowe technologie w rękach polskich naukowców

W dzisiejszych czasach, zastosowanie zaawansowanych technologicznie materiałów w sprzęcie wojskowym staje się niezbędne dla zapewnienia jego wysokiej wydajności oraz funkcjonalności. Niestety powszechnym, ale bardzo niebezpiecznym zjawiskiem jest biodeterioracja materiałów wojskowych.

Problem dotyczy zarówno elementów metalowych (stal, stopy aluminium) stanowiących kluczowe wyposażenie wojska, jak również materiałów polimerowych wykonanych z termoplastów, kauczuku i gumy, które ulegają biokorozji w kontakcie z paliwami lotniczymi, powodując ogromne straty ekonomiczne.

Wyzwania korozji mikrobiologicznej w elementach wyposażenia wojskowego

Korozja wywołana prze mikroorganizmy to jedna z najczęściej występujących przyczyn znaczącego obniżenia właściwości użytkowych sprzętu wojskowego. Wynika to z faktu, że większość sprzętu przechowywana jest w pełnej gotowości bojowej, czyli z pełnymi zbiornikami paliwa w często nieoptymalnych warunkach tj. na otwartych niezadaszonych przestrzeniach, gdzie panują zmienne warunki atmosferyczne. Zmienna wilgotność, nasłonecznienie, temperatura, opady, pyły oraz wewnętrzne działanie materiałów eksploatacyjnych, takich jak paliwa czy smary sprzyja zachodzeniu zjawiska korozji. W takich warunkach dodatkowo zaczynają namnażać się mikroorganizmy, takie jak grzyby pleśniowe i bakterie, które gromadzą się np. na konstrukcjach samolotów, prowadząc do zachodzenia zjawiska biokorozji.

Polimerowe włókna i tkaniny, które stanowią istotne komponenty w ochronnych elementach wyposażenia wojska, mogą ulec degradacji w wyniku działania mikroorganizmów. Kauczuk i guma, używane do produkcji opon i uszczelek, są podatne na zmiany składu i mogą ulec koagulacji, co wpływa negatywnie na ich funkcjonalność. Bakterie produkują zarówno kwasy organiczne, jak i mineralne uszkadzające wiele materiałów. Znane są także szczepy żyjące w paliwie lotniczym, których obecność powoduje korozję mikrobiologiczną polimerowych części układu paliwowego samolotu (źródło: J. E. Sheridan i wsp.). Szkodliwy wpływ mikroorganizmów, prowadzący do zwiększonej awaryjności wyposażenia wojskowego można ograniczać poprzez udoskonalanie i opracowywanie nowych technologii i materiałów.

Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii Politechniki Warszawskiej poszukuje materiałów o podwyższonej odporności na biokorozję

Badacze z Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii Politechniki Warszawskiej (CEZAMAT PW) w współpracy z Wydziałem Inżynierii Materiałowej (WIM PW) zauważają deficyt rozwiązań mogących wesprzeć przemysł zbrojeniowy w zakresie poszukiwania lekkich materiałów polimerowych odpornych na biokorozję.

„Widzimy istotną potrzebę zaproponowania nowych, bardziej odpornych na działanie mikroorganizmów materiałów polimerowych, które gwarantują swoją niezawodność w okresie stosowania w warunkach bojowych” - mówi dr hab. Monika Staniszewska, prof. Politechniki Warszawskiej. Koordynowany przez nią Dział Mikrobiologii, Genetyki Molekularnej i Genomiki CEZAMAT PW we współpracy z dr inż. Pauliną Latko-Durałek z Wydziału Inżynierii Materiałowej PW zainicjował prace nad nowymi kompozytami polimerowymi na bazie elastomerów o podwyższonej odporności na biokorozję. Celem tych prac jest dostarczenie materiałów, które będą odporne na długotrwałą ekspozycję w zmiennych warunkach atmosferycznych. Jest to tym bardziej istotne, że w warunkach naturalnych mikroorganizmy rozkładają materiały w wyniku produkcji enzymów lub tworzą środowisko sprzyjające takiemu rozkładowi obrastając materiał.

Opracowywanie innowacyjnych kompozytów polimerowych na bazie silikonów

Tworzony we współpracy WIM PW i CEZAMAT PW kompozyt polimerowy ma nie tylko zapewnić skuteczną ochronę przed mikrobiologicznymi procesami rozkładu i korozji, ale również charakteryzować się wysoką wytrzymałością mechaniczną, odpornością chemiczną i temperaturową, by sprostać wymaganiom konstrukcyjnymi i surowym warunkom, w jakich sprzęt wojskowy jest eksploatowany. W porównaniu do obecnie stosowanych powłok polimerowych, które nie zapewniają wystarczającej długoterminowej trwałości, kompozyt ten będzie stanowił znaczący krok w ochronie przed biokorozją, jednocześnie eliminując konieczność kosztownych i skomplikowanych metod usuwania powstałych biofilmów.

Szczególnie ciekawym obszarem zastosowania są zbiorniki paliwowe oraz przewody doprowadzające paliwo. Warto zauważyć, iż w tym przypadku udoskonalone materiały nie tylko zwiększą niezawodność, trwałości i bezpieczeństwa elementów wyposażenia wojskowego, ale także będą mieć istotny wpływ na ograniczenie strat ekonomicznych wynikających z konieczności drogich napraw i wymiany zdegradowanych elementów.

Nowe, bardziej odporne materiały to nie jedyna innowacja w walce z biokorozją

Ważnym aspektem badań jest także poszukiwanie nowych rodzajów inhibitorów korozji o pochodzeniu naturalnym, tak aby zminimalizować szkodliwy wpływ środowiska działając jednak z troską o środowisko. W związku z tym, zespoły naukowe z Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii oraz Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej planują poddać testom szereg substancji pochodzenia naturalnego, które mogą stanowić skuteczne i ekologiczne alternatywy dla tradycyjnych związków metali, takich jak srebro.

Zaprojektowanie odpowiednich materiałów, jak i opracowanie nieszkodliwych dla środowiska preparatów zapobiegających niszczeniu powierzchni może istotnie wydłużyć zdolność do bezawaryjnego użytkowana sprzętu w warunkach bojowych. Zwiększy to jego niezawodność i obniży koszty eksploatacji.

Warto zauważyć, że tematyka prowadzonych badań wpisuje się w Priorytetowe Kierunki Badań w resorcie obrony narodowej na lata 2017-2026, określonych w decyzji Ministra Obrony Narodowej z dnia 26 czerwca 2019 roku.

Artykuł opracowany przez Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii CEZAMAT