Статьи
Описаны новые технологии производства полимерных композиционных материалов нового поколения на основе полимерных связующих разработки ФГУП «ВИАМ» и углеродных и стеклянных армирующих наполнителей. Представлено основное производственное и технологическое оборудование и его характеристики. ФГУП «ВИАМ» в настоящее время оснащен современным исследовательским, испытательным и производственным оборудованием, которое позволяет разрабатывать и производить полимерные композиционные материалы по современным технологиям, отвечающие всем требованиям, предъявляемым к современным материалам авиационной техники.
К современным материалам авиационной техники предъявляются очень высокие требования. Полимерные композиционные материалы (ПКМ) не являются исключением. Для выполнения этих требований необходимо применение новых современных технологий производства ПКМ [1,2].
Одна из ключевых технологий – препреговая технология. Для создания современных т.н. «калиброванных» препрегов, имеющих минимальное отклонение по весовому составу (на уровне ±1-3 %), необходимо применение современных прецизионных пропиточных машин [3,4,5]. Именно такое оборудование установлено в ВИАМе – это две современные пропиточные установки, разработанные по техническому заданию ВИАМ. Эти установки уникальны – они позволяют работать в различных режимах пропитки, обладают высокой производительностью, позволяют работать с ткаными и жгутовыми наполнителями.
Помимо этих опытно промышленных установок ФГУП «ВИАМ» обладает специальной намоточной установкой, которая позволяет получать небольшие количества препрега для оценки свойств наполнителей и проведении научно-исследовательских работ.
Для получения изделий из препрегов ПКМ, обладающих максимальными значениями физико-механических характеристик и минимальной пористостью, традиционно применяют автоклавное формование. ФГУП «ВИАМ» обладает современным участком автоклавного формования, оснащенный современным автоклавом. Помимо этого, участок автоклавного формования оснащен автоматизированным раскройным комплексом и «чистой комнатой», которая позволяет свести к минимуму влияние факторов окружающей среды на качество получаемых образцов ПКМ [5].
В тех случаях, когда применение дорогого автоклавного метода для формования изделий из препрегов ПКМ не целесообразно или не требуется достижение максимальных прочностных характеристик ПКМ, весьма удобно использовать вакуумное формование в термошкафу или печи.
Это не единственный безавтоклавный способ получения изделий из ПКМ.
Прогресс в области создания полимерных связующих сделал возможным появление таких альтернативных методов формования, как вакуумная инфузия, RTM, VARTM, RFI и др [3].
Изготовление ПКМ методом инфузионного формования обладает определенными преимуществами: снижает капитальные и трудозатраты при производстве изделий по сравнению с автоклавным методом, позволяет получать ПКМ с уровнем свойств, достаточным для применения в слабонагруженных конструкциях (пористость на уровне 3% об.), недорогая оснастка, простота сборки пакета для формования [4,6].
Технология получения ПКМ методом VARTM и RTM формования позволяет получать ПКМ с уровнем свойств, характерных для автоклавного формования (пористость на уровне 1% об.), при этом затраты на изготовление изделий ниже, чем при автоклавном методе.
Технология получения ПКМ методом RFI позволяет получать ПКМ с уровнем свойств, достаточным для применения в слабонагруженных конструкциях (пористость на уровне 3% об.) с минимальными затратами [3,4].
Использование плетёных объёмно-армирующих преформ в производстве композиционных материалов позволяет реализовать в ПКМ значительное сопротивление к расслаиванию, высокие усталостные показатели, высокую прочность вблизи отверстий, упрощает процесс соединения в сборных конструкциях, обеспечивает возможность автоматизации производства. Для создания таких изделий ФГУП «ВИАМ» разработано техническое задание и планируется к установке специальное плетильное оборудование [4].
Разработка новых ПКМ и технологий их переработки требует наличие серьезной научно-технической и исследовательской базы. Для этого в 2012 г. ФГУП «ВИАМ» был создан современный Центр компетенции по разработке, исследованию свойств и квалификации ПКМ. Он является самым современным в России и одним из самых современных в мире, оснащён лучшим исследовательским, технологическим и испытательным оборудованием.
2. Гращенков Д.В., Чурсова Л.В. Стратегия развития композиционных и функциональных материалов /В сб.: Авиационные материалы и технологии: Юбилейный науч.-технич. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии») М.: ВИАМ. 2012. С. 231-242.
3. Alan Baker, Stuart Dutton, Donald Kelly «Composite Materials for Aircraft Structures», 2004 г.
4. Ресурсы Интернета
5. Душин М.И., Хрульков А.В., Раскутин А.Е.. К вопросу удаления излишков связующего при автоклавном формовании изделий из полимерных композиционных материалов // Труды ВИАМ. Электронный журнал. 2013. № 1
6. Раскутин А.Е., Гончаров В.А.. Компьютерное моделирование технологического процесса изготовления ПКМ методом вакуумной инфузии / В сб. Авиационные материалы и технологии: Юбилейный науч.-технич. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). М.: ВИАМ. 2012. С. 286-291.