Профессор Клаус Фридрих, приглашенный редактор данного спецвыпуска, посвященного аддитивному производству полимеров, скончался в конце мая 2021 года. Его смерть, несомненно, является большой потерей для международной композитной промышленности.Как известный специалист по композитным материалам, профессор Фридрих опубликовал множество статей, книг и монографий и стал одним из самых цитируемых исследователей в мире. В 2005 году международным объединенным комитетом он был признан «Мировой личностью». Самым увлекательным, что я узнал от него в течение многих лет, был его дух непрерывных исследований и инноваций, который позволял ему активно работать в новейших академических кругах. Помимо выдающихся научных достижений, профессор Фридрих был также хорошо известен своими управленческими и лидерскими способностями. Он внес большой вклад в международную репутацию Института композитных материалов. С 1990 по 2006 год он занимал должность директора по исследованиям материаловедения в Университете Кайзерслаутерна (IVW) в Германии и почетного профессора в 2006 году.

На моей памяти профессор Фридрих – очень добрый и щедрый джентльмен, всегда готовый позаботиться о других. Например, во время моего исследования в IVW в 90-х годах 20 века он в полной мере оказал мне помощь во всех аспектах, чем он меня согрел. С тех пор я получал от него ценные советы и всегда был за них благодарен.В 2017 году он любезно согласился написать статью под названием «Полимерные композиты для трибологического применения» (https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2018.05.001) для первого выпуска журнала «Advanced Industrial and Engineering Polymer Research». Данная статья была крайне важна для успешного развития нового журнала. В прошлом году он пообещал пригласить ведущих экспертов в области 3D-печати из разных стран для организации этого спецвыпуска, чтобы своевременно отразить одну из передовых разработок в области полимерной инженерии. Еще в конце марта 2021 года он общался с редакцией по некоторым техническим вопросам. Его энтузиазм в работе, индивидуальность и обаяние по-прежнему остаются с нами.

К сожалению, профессор Фридрих не смог увидеть публикацию спецвыпуска, но при сильной поддержке его друзей и коллег спецвыпуск будет опубликован в соответствии с графиком. Данный сборник включает в себя шесть заказных статей и две приглашенные статьи. Темы включают подготовку сырья для 3D-печати, разработку новых методов производства, влияние условий обработки и их применение в различных аспектах, и представлены в форме исследовательских статей и обзоров. Читатели могут получить общее представление об этой захватывающей области за относительно короткое время.

Наконец, я хотел бы воспользоваться этой возможностью, чтобы поблагодарить всех авторов и посвятить эту статью профессору Фридриху в знак моей признательности и памяти.

Проф.Стойко Факиров, PhD, DSc, Dhc, родился в январе 1936 года в небольшой деревне у подножия Балканских гор в Болгарии. Он ходил в начальную школу, а в соседнем городке - в среднюю. В 1959 году он получил степень магистра наук по химии в Софийском университете (Болгария), где сразу же был назначен ассистентом профессора (доцентом). Два года спустя он начал свою аспирантуру в Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова (Россия). В 1987 году он был назначен профессором полимеров в химии в Софийском университете. В настоящее время он является почетным академиком кафедры машиностроения Оклендского университета, Новая Зеландия. Он имеет мировую признание в области полимерной науки и техники. По данным Google Scholar, он имеет 8000+ цитат, H-индекс = 48 и находится на 21-й позиции во всемирном списке по теме “Полимерные композиты”. Стойко имеет более 350+ публикаций, из которых 220 перечислены в Web of Science. Он написал 16 книг по полимерам с Wiley, Springer, Hanser, Cambridge University Press и другими (некоторые из отредактированных книг имеют 1000 страниц). В список книг также входит учебник “Основы полимерной науки для инженеров” (Wiley-VCH, 2017), состоящий из 25 глав. Он получил 9 патентов США и провел более 120+ приглашенных исследовательских семинаров по всему миру. Кроме того, он является членом редколлегии 16 международных полимерных журналов.

Его важный вклад в науку и технологию полимеров состоит в формулировке, демонстрации и названии явлений “Химического заживления”, “Химически высвобожденной диффузии”, “Последовательного переупорядочения в конденсационных сополимерах” и “Плавления кристаллов полимера ниже температуры стеклования того же полимера”. Стойко вывел также уравнение, известное как “уравнение Факирова”, создал новый тип полимерных композитов, известный как “Микрофибриллярные композиты (MFC)”, который он далее развил до “Нанофибриллярных композитов (NFC)”, включая нанофибриллярные одиночные полимерные композиты, а также сформулировал и продемонстрировал “Концепцию преобразования вместо добавления” (технологию преобразования практически любого объемного полимера в наноразмерный материал).

Еще в 1980 - е годы он был стипендиатом Александра фон Гумбольдта, а в 2000 году получил самую престижную награду в Германии за научные достижения - “Исследовательскую премию Александра фон Гумбольдта”. Международная ассоциация передовых материалов (IAAM) наградила его Медалью года 2017 за его заметный и выдающийся вклад в области передовых материаловедения и технологий, а в 2018 году он получил степень “Почетный доктор Софийского университета”, Болгария.

Профессор Стойко Факиров по-прежнему активен и будет продолжать это делать и после своего 85-летия, которое приходится на 19 января 2021 года. Мы его поздравляем и желаем ему крепкого здоровья на долгие годы в области полимерной науки, а также удачи в его рыболовном хобби.

Непрерывное производство решеток – это недавно внедренный метод аддитивного производства армированных волокном термопластичных композитов, который позволяет наносить материал там, где это необходимо. Успех данной технологии заключается в печатающей головке. Перед экструзией материала неконсолидированные композиты, армированные непрерывным волокном, осаждаются вне плоскости через экструзионную головку без использования опорной конструкции.Однако самые современные композитные материалы, такие как смешанная пряжа, имеют ограничения с точки зрения достижимого качества материала и размера компонентов из-за их основной волокнистой структуры, то есть смеси термопластичного волокна и армированной нити.Гибридные двухкомпонентные волокна преодолевают эти ограничения, поскольку каждое армирующее волокно по отдельности обернуто термопластичной оболочкой. Так можно избежать трудоемких этапов пропитки волокна, которые отрицательно скажутся на содержании пор и качестве материала.

В этом исследовании сравнивали качество склеивания гибридного двухкомпонентного волокна и коммерческой гибридной пряжи при различных условиях обработки. Настоящая статья знакомит с испытанием на пултрузию поликарбонатных композитных профилей диаметром 5 мм и содержанием стекловолокна 50-60% при различных степенях заполнения матрицы, температуре матрицы и скорости пултрузии. Результаты показывают, что пултрудаты, полученные из гибридных двухкомпонентных волокон, имеют более низкое содержание пустот, чем пултрудаты, полученные из смешанных нитей в тех же условиях. По нашим оценкам, это вызвано различием в механизме консолидации, который в случае гибридных двухкомпонентных волокон определяется слиянием термопластичных оболочек по сравнению с дарсианской консолидацией смешанных нитей с преобладанием потока.

Около 70-80 лет назад, когда на рынок были выведены первые синтетические полимеры, их называли “искусственными” (в Европе) или “созданные человеком” (в США) материалами, чтобы подчеркнуть тот факт, что они не являются “натуральными” материалами, то есть не обладают такими же превосходными качествами. Шаг за шагом, в последующие годы, они находили все более и более широкое применение, достигая в последние десятилетия большого числа применения, но и во многих случаях, не заменяемых никаким другим материалом. Это связано с тем, что синтетические полимеры как материалы имеют много привлекательных преимуществ по сравнению с классическими материалами, такими как дерево, металлы, керамика и стекло. Они заметно легкие (с плотностью около или ниже 1), достаточно легко обрабатываемые (обычно одноэтапное изготовление изделий сложной формы), неограниченные возможности окрашивания в массе, безвредные для окружающей среды при их использовании из-за их химической стойкости к воздействию окружающей среды и атмосферных факторов. В этом отношении синтетические материалы превосходят все другие материалы. Как ни странно, именно это неотъемлемое преимущество пластмассовых материалов превращается в их самый серьезный недостаток, когда они становятся отходами или мусором – они не окисляются, как металлы, и химически не разлагаются, как материалы на основе целлюлозы и белка.

Народная надежда на то, что химики создадут биоразлагаемый пластик для массового производства, оказалась призрачной – немногочисленные примеры в этом отношении экономически неуместны. Об этом свидетельствует недавнее решение Европейского Союза запретить производство 10 пластмассовых изделий в одну сторону, поскольку они являются основным компонентом засорения морских вод. ЕС состоит из 27 стран, некоторые из которых принадлежат к мировым промышленным и научным лидерам, и тем не менее они не могли предложить лучшего решения, кроме резкого сокращения упаковочной продукции, создающей основной пластиковый мусор. Это означает следующее, что решение негативной экологической проблемы, возникающей из-за пластиковых отходов, является задачей не только ученых, но и всего общества. Люди должны быть осведомлены о правильном сборе пластиковых отходов, а правительства должны финансово поддерживать перерабатывающую промышленность, поскольку переработка не является прибыльным бизнесом из-за небольшой разницы в ценах на свежие и переработанные пластмассы.

Попытки уменьшить количество свежих синтезированных полимеров вряд ли являются подходящим решением, так как потребности в них постоянно растут. Например, ежегодный рост производства PET для бутылок в настоящее время составляет 10%! Производство пластмасс для упаковочных целей также увеличится, так как в бедных странах 50% продуктов питания портится из – за плохой упаковки (в Индии это 50%, а в Великобритании-2-3%).

Сегодня ежегодно производится более 300 миллионов тонн пластика, из которых 8 миллионов попадают в океаны. Если мы будем продолжать загрязнять моря таким образом, то, по оценкам, к 2050 году масса пластика в океанах превысит массу рыбы. Также сообщалось, что каждый третий вид морских обитателей был найден запутавшимся в морском мусоре, а 90% всех морских птиц имеют пластик в желудках. Пластиковая упаковка является крупнейшим сегментом рынка конечного использования, на долю которого приходится почти 40% всего мирового потребления пластика. Ежегодно во всем мире используется более 500 миллиардов пластиковых пакетов, а средний срок службы пластикового пакета составляет 15 минут.

Опять же: надлежащего решения проблемы можно ожидать, если в дополнение к усилиям ученых будут предприняты юридические шаги всех правительств, регулирующие надлежащее обращение с пластиковыми отходами.

Следует подчеркнуть, что утилизация отходов не решает проблему негативного воздействия пластмасс на окружающую среду, а лишь откладывает это решение. Это происходит потому, что после окончания срока службы переработанных пластмасс они снова превращаются в отходы или мусор. Применение свежих или переработанных пластмасс, предполагающих “сжигание” в виде смешивания с бетоном, изготовление изделий, которые используются в зданиях, дорожных сооружениях, гидроинженерии или других подобных областях применения, не гарантирующих дальнейшего появления этих материалов в нашей жизни, является правильным решением проблемы. Другим аналогичным решением является сжигание свежих или переработанных пластмассовых материалов, когда объемные полимеры превращаются в газы. В обоих случаях пластмассы “исчезают” из нашей жизни и больше не загрязняют нашу Природу.

Материалы, собранные в Специальных выпусках (Часть 1 и Часть 2), подготовлены учеными-полимерами с мировым именем (число цитирований некоторых из них составляет от 10 000 до 50 000, а их h-индекс-от 50 до 100 соответственно). Тем не менее, они не предлагают решения пандемических проблем, создаваемых пластиковыми отходами, а лишь предлагают пути сокращения количества пластикового мусора путем переработки пластмассовых отходов.

Эти материалы сгруппированы в две отдельные публикации: (i) Переработка полимерных смесей и композитов (Часть 1) и (ii) Переработка чистых полимеров (Часть 2). Это делается потому, что обе группы материалов имеют некоторые специфические характерные особенности, которые делают подходы к переработке довольно разными. Хорошим примером в этом отношении является присутствие стекловолокна (до 30%) в армированных стекловолокном полимерных композитах.

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (UHMWPE) обладает уникальными свойствами, но его скорость течения расплава (MFR) является чрезвычайно низкой – около нуля, и не подходит для обработки стандартными полимерными методами. Настоящая работа направлена на изучение трибологических свойств двухкомпонентных композитов на основе UHMWPE с различным содержанием полипропилена. Композитные материалы получают тремя способами: а) горячим прессованием порошковой смеси; б) термическим прессованием частиц; в) 3D-печатью (FDM). Результаты показывают, что композитные материалы на основе UHMWPE, полученный путем экструзионного компаундирования (термическое сжатие частиц и 3D-печать), превосходит порошковую смесь горячего прессования с точки зрения механических и фрикционных свойств (сопротивление трению, коэффициент трения, модуль Юнга и предел текучести). С точки зрения сохранения высоких фрикционных и механических свойств и необходимой скорости течения расплава (MFR) в широком диапазоне нагрузок наиболее эффективным является композитный материал «UHMWPE+20%PP». Рекомендуется в качестве сырья для изготовления композитных фасонных изделий (узловых частей) ортопедических узлов трения.

Поскольку переработка полимеров призвана сократить количество нежелательных отходов и свалок мусора, а также восстановить экономически ценные мономеры или другие материалы, мы рассмотрели методы третичной переработки (химической переработки) и уделили особое внимание химической основе конкретного пути переработки и его потенциальной применимости в каждом конкретном случае. Вопросы переработки каждого из широко используемых коммерческих полимеров – полиэфира, полиамида, полиуретана, эпоксидной смолы, поливинилхлорида, поликарбоната и полиолефина – обсуждались отдельно с упором на традиционные и нетрадиционные методы, которые, как считается, имеют большой потенциал, такие как ферментативное разложение, посредничество в ионных жидкостях, микроволновое излучение и обработка в сверхкритических жидкостях и сверхтекучих средах. Кроме того, обсуждаются некоторые новые методы, такие как перекрестный метатезис алканов (САМ), тандемный гидрогенолиз/ароматизация, матричная регенерация витримеров (стеклоподобные полимерные композиты) и динамическое ковалентное связывание.