| 16. |
Аннотация |
Ключевым мировым трендом (фронтирной задачей) в области разработки полимерных композитов является использование в качестве связующего новых высокотемпературных соединений, которые значительно превосходят традиционно применяемые эпоксидные смолы. Эффективность замены эпоксидных углепластиков на углепластики на основе термопластичных связующих на основе суперконструкционных полимеров связана с высокой вязкостью разрушения термопластичных ПКМ (реактопласты —2 Дж/см2, эластифицированные реактопласты — Дж/см2, термопласты — 8 Дж/см2, термопластичные полиарилены типа ПЭЭК — свыше 12 Дж/см2). Использование ПКМ на основе термопластов дает возможность заменить мелкие детали на крупные, уменьшив их число на 40-50 %. Масса летательного аппарата при этом уменьшится на 20 % по сравнению с металлическим вариантом. Замена металлических деталей и узлов в ракетно-космической технике, самолетах и автомобилях на суперконструкционные полимеры и композиты позволит значительно снизить их массу, так как они легче алюминия на 40 %, титана на 55%, стали на 70 %. Материалы обеспечивают малую радиолокационную заметность.
Использование в современной отечественной авиакосмической отрасли преимущественно металлических материалов объясняется тем, что в нашей стране разработка полимерных материалов для изделий, несущих существенные нагрузки в последние десятилетия не проводилась, а разработанные ранее полимерные материалы не отвечают постоянно ужесточающимся требованиям АП-25, а также имеют длительный цикл изготовления. Ведущие мировые производители авиационной техники (Boeing, Airbas) применяют в конструкции ЛА в основном полимерные материалы, в том числе суперконструкционный полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), композиты на его основе, а также конструкции и изделия из них находят широкое применение в авиастроительном комплексе всего мира благодаря таким качествам, как высокая прочность, коррозионная стойкость, низкая плотность, пожаробезопасность. В частности, данные материалы могут быть использованы для изготовления элементов корпуса беспилотных летательных аппаратов, пропеллеров, лопастей и антенн, сильно нагруженных деталей скольжения (втулки, упорные подшипники, направляющие планки и т.д.).
Для успешного внедрения новых композиционных материалов в производственные цепочки требуется как разработка новых технологий их получения и переработки, так и разработка новых подходов к моделированию и проектированию изделий из них.
Решение запланированных инженерных задач может внести существенный вклад в «укрепление позиций России в области экономического, научного и военного освоения космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики» (Указ Президента РФ от 01.12.2016 N 642 "О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации").
В стратегии национальной безопасности Российской Федерации, утвержденной Указом Президента Российской Федерации от 02.07.2021 N 400 сказано «Целью научно-технологического развития Российской Федерации является обеспечение технологической независимости и конкурентоспособности страны, достижения национальных целей развития и реализации стратегических национальных приоритетов».
В связи с этим, научно-исследовательская политика данного проекта, включающая разработку отечественных композиционных материалов на основе термопластичных связующих, методов их переработки, прогнозирования свойств материалов и изделий из них, включение их в конкретные изделия и производственные цепочки, несомненно, внесет значительный вклад не только в решение проблемы зависимости от импортных поставок стратегических материалов, но и в предотвращение угроз безопасности государства в условиях мобилизационной экономики, а также послужит катализатором развития высокотехнологичной стратегически важной авиакосмической отрасли экономики.
В настоящее время ключевым ограничением развития термопластичных композиционных материалов в России является отсутствие отечественного производства однонаправленных термопластичных лент и оборудования для автоматизированной выкладки. Зарубежное оборудование на сегодняшний день в Россию не поставляется.
Для развития применения термопластичных лент, с учетом созданного в СПбПУ задела, необходимо создание сквозной отечественной технологии и оборудования по изготовлению изделий. Создание такой технологии позволит СПбПУ стать лидером в России в разработке оборудования по изготовлению изделий в интересах высокотехнологичных предприятий: АО «ОДК-Авиадвигатель», АО «Композит», АО «РКЦ Прогресс», АО «ЦНИИмаш», АО «НИИГРАФИТ» и др.
Одним из ключевых этапов разработки такого оборудования является создание на базе Центра НТИ «НПТ» экспериментального оборудования, которое позволит исследовать закономерности процессов формирования структуры изделий и проводить отработку технологических режимов. Экспериментальный стенд состоит из специализированной лазерной головки и роботизированной ячейки Kawasaki.
Результаты реализации проекта:
- экспериментальный стенд для исследования и отработки технологических режимов изготовления изделий из термопластичных лент методами выкладки и намотки;
- технологии изготовления изделий выкладкой и намоткой из ТПКМ.
Разработанные основы технологий будут востребованы в таких критических областях промышленности как: автомобилестроение, авиастроение, ракетно-космическая отрасль. |