Современные технологии производства полимерных композиционных материалов нового поколения

Статьи

 




УДК 678.8
П. Н. Тимошков, Д. И. Коган
Современные технологии производства полимерных композиционных материалов нового поколения

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.

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, препреги, пропиточное оборудование, автоклав, безавтоклавные ме

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.
















ЛИТЕРАТУРА
1. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года /В сб.: Авиационные материалы и технологии: Юбилейный науч.-технич. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). М.: ВИАМ. 2012. С. 7-17.
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.
Вы можете оставить комментарий к статье. Для этого необходимо зарегистрироваться на сайте.