Новая технология для авиаматериалов позволит регулировать их конечные свойства

НИТУ «МИСиС», 14 сентября 2022 года

Российские ученые предложили технологию создания легкого и прочного композиционного материала на основе полимерной матрицы и углеродных волокон. Такой материал может заменить импортные аналоги, в том числе применяемые в авиастроении, для создания элементов силового набора и корпусных конструкций самолетов. Разработанный композит может быть легко переработан или утилизирован, что делает его экологичнее аналогов. Исследование опубликовано в журнале Polymers. 

Углеродное волокно – уникальный материал, состоящий практически полностью из атомов углерода. Большая механическая прочность при малом весе, устойчивость к высоким температурам и отличная коррозионная стойкость обеспечили ему широкое применение таких высокотехнологичных отраслях как ракетостроение, авиация, строительство, медицина. Композитные материалы, армированные углеродным волокном, особенно востребованы в авиастроении. Изготовленные из них детали и конструкции позволяют снизить конечный вес самолета, а значит и потребление топлива, тем самым снижая стоимость эксплуатации воздушного судна и воздействие на окружающую среду. Однако большинство существующих на сегодняшний день композитов с углеродным волокном создаются на основе эпоксидной смолы и других неплавких, нерастворимых материалов, не подлежащих утилизации.

Ученые из Университета МИСИС создали новый композитный материал на основе суперконструкционных термопластичных полимеров и углеродного волокна, который эффективно сохраняет свои эксплуатационные свойства под воздействием агрессивной среды, такой как авиатопливо, и при этом легко поддается вторичной переработке. 

В качестве армирующего материала исследователи использовали углеродное волокно российского производства. Для изготовления матрицы, вместо обычной в таких случаях эпоксидной смолы, впервые был применен порошок полиэфирсульфона. Это аморфный термопластичный полимер, устойчивый к воздействию высоких температур, пара и различных химикатов, а также обладающий превосходными механическими свойствами. Также немаловажно, что полиэфирсульфон поддается переработке и утилизации, в отличие от «эпоксидки».

Исследователи НИТУ МИСИС подобрали наилучшие условия получения композитного материала и определили, что оптимальное содержание углеродных волокон для авиакомпозитов на основе полиэфирсульфона составляет 60-70 процентов от общей массы конструкции.

Поверхность углеволокна была дополнительно модифицирована методом термического окисления, в результате чего на поверхности углеродных нитей образовался тонкий слой, содержащий большое количество кислородсодержащих функциональных групп, способствующий лучшему сцеплению углеволокна с полимерной матрицей. Для пропитки углеродной преформы, вместо традиционной пропитки расплавом полимера под высоким давлением, была использована растворная технологиям – порошок полиэфирсульфона сначала растворяли с помощью органического растворителя при комнатной температуре, после чего модифицированное углеродное волокно пропитывали полученным раствором. Далее опытные образцы высушивались при температуре 100 °C в течение четырех часов, в дальнейшем преформа помещалась в пресс-форму, где под давлением при температуре 350 °C в течение 30 минут окончательно формировались заготовки.

Использование модифицированного углеродного волокна позволило добиться стабильной структуры полученного композита и значительно улучшить его механические свойства и устойчивость к воздействию высоких температур. При этом, как отмечают авторы исследования, предложенная технология создания композитов на основе полиэфирсульфона и углеродных волокон позволяет регулировать свойства конечного материала в зависимости от степени наполнения полимерной матрицы волокнами. 

«Говоря о возможностях применения материала, надо смотреть на конкретное изделие в котором они будут применяться, так как для каждого есть свои условия работы в конструкции, требования по прочности, максимально допустимым деформациям. Соответственно, меняется схема армирования, и степень наполнения (содержание волокон) тоже будет разной. Но, если говорить, например, о материалах для авиастроения, оптимальное содержание углеродных волокон будет скорее в интервале 60-70 процентов от общей массы конструкции», – поясняет один из авторов работы, старший научный сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ МИСИС к.т.н. Андрей Степашкин. 


НИТУ «МИСиС» – динамично развивающийся научно-образовательный центр мирового уровня. В основе целевой модели вуза – стремление внести максимальный вклад в экономику России за счет повышения интенсивности исследовательской деятельности.
Университет входит в топ-500 лучших вузов мира по версии QS WUR и в группу 151+ предметного рейтинга QS Materials Science, являясь лидером в области материаловедения среди российских вузов.  
В университете действует более 40 научно-исследовательских лабораторий и инжиниринговых центров мирового уровня, в которых работают ведущие российские и зарубежные ученые. В основе образовательной модели вуза лежит интеграция образования и науки. НИТУ «МИСиС» сотрудничает более чем с 1600 крупнейшими компаниями России и мира. Благодаря комплексной программе профессиональной навигации средний балл ЕГЭ поступающих в университет вырос с 67,3 в 2012 году до 88,8 баллов в 2021 году.
В состав НИТУ «МИСиС» входит 10 институтов и 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В университете около 22 000 обучающихся, 25% студентов – граждане из 84 стран мира.


Сообщения компаний:

Группа «Аэрофлот» увеличивает частоту рейсов между Москвой и Магаданом
ПАО "Аэрофлот"

Новый «Суперджет» с ПД-8 успешно прошел испытания в «бассейне» на защиту двигателей от воды
АО "ОДК"

Из Международного аэропорта Владивосток открыто прямое авиасообщение с Бухарой
АО "Международный аэропорт Владивосток"

ORS стал участником партнерской программы Kaspersky United
ORS

Эмирейтс снижает вероятность неожиданной сильной турбулентности с помощью передовых технологий
Авиакомпания Emirates

ЦАТ и МАИ расширяют сотрудничество в сфере подготовки специалистов по аддитивным технологиям
АО "ОДК"

«АэроБратск» усилил систему спасения в Иркутской области
Аэропорт Братск

ОАК поставила Минобороны России очередную партию новых Су-34
Госкорпорация Ростех

Red Wings поможет добраться до горнолыжной «жемчужины» Сибири
АО "Ред Вингс"

Из Международного аэропорта Красноярск возобновились полеты на остров Фукуок
Международный аэропорт Красноярск

РКС на международном совете КОСПАС-САРСАТ: два спутника системы «Метеор-М» готовы к вводу в глобальную систему поиска и спасания
АО "Российские космические системы"

Первый в России сервис курьерской доставки багажа в Домодедово
Московский аэропорт Домодедово

Авиакомпания «Волга-Днепр» подводит итоги третьего сезона по авиапатрулированию лесов
Авиакомпания "Волга-Днепр"

Ростех предложил обучать венесуэльских студентов в российских вузах
Госкорпорация Ростех

Пресс-релиз Аэропорт Сухум принял первый рейс в осенне-зимнем сезоне
ООО «Международный аэропорт «Сухум»

На петербургском предприятии ОДК-Климов назначен новый руководитель
АО "ОДК"

В Домодедово прошёл праздничный концерт ко Дню народного единства
Московский аэропорт Домодедово

Новые регулярные рейсы на популярный курорт ОАЭ в город Рас-эль-Хайма – из аэропорта «Казань» на крыльях Air Arabia
АО "Международный аэропорт "Казань"

ОАК передала ВКС России новую партию истребителей Су-35С
Госкорпорация Ростех

Из Международного аэропорта Владивосток с AZUR air к теплому морю на Пхукет
АО "Международный аэропорт Владивосток"