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:

Авиакомпания Smartavia показала свою новую форму на дефиле форменной одежды транспортной отрасли
АО "Авиакомпания Смартавиа"

INTEGRO Technologies - генеральный спонсор форума Развитие аэропортов - 2024
Центр стратегических разработок в гражданской авиации (ЦСР ГА)

«Победа» перевезла юбилейного клиента аэропорта Сочи
ООО "Авиакомпания "Победа"

Исполнилось 115 лет со дня рождения Михаила Миля
Холдинг "Вертолеты России"

Памятник вертолету Ми-171А2 установлен в Улан-Удэ
Холдинг "Вертолеты России"

Аэропорт Красноярск получил сертификат оператора противообледенительной защиты
Международный аэропорт Красноярск

«Газпромнефть-Аэро» запустила профориентационную программу для молодежи в Томске
АО "Газпромнефть-Аэро"

В S7 Group заявили о важности госрегулирования стоимости аэропортовых услуг
АО "Авиакомпания "Сибирь"

Авиакомпания «РусЛайн» открыла продажу билетов на рейсы 2025 года
АО АК "РусЛайн"

Авиакомпания «Ямал» открывает регулярные рейсы в Новый Уренгой из Шереметьево
АО "Международный аэропорт Шереметьево"

Двигатели ОДК обеспечили доставку грузов к МКС
АО "ОДК"

Вопросы эффективного управления затратами аэропортов рассмотрят на форуме Развитие аэропортов – 2024 в Москве 27 ноября
Центр стратегических разработок в гражданской авиации (ЦСР ГА)

Генеральный директор аэропорта Красноярск – в числе номинантов премии «Человек года»
Международный аэропорт Красноярск

«Уральские авиалинии» увеличили зарплаты техническому персоналу на 35%
ОАО АК "Уральские авиалинии"

ГТЛК и Правительство Ярославской области договорились о сотрудничестве в сфере беспилотной авиации
АО "ГТЛК"

Авиакомпания «Ямал» запускает ежедневные рейсы из Нового Уренгоя в московский аэропорт Шереметьево
АО УК "Аэропорты Регионов"

Студенты МГТУ ГА защитили честь вуза на главной неделе транспортников России
МГТУ ГА

УК «Аэропорты Регионов» представила в рамках «Транспортной недели» свои инвестиционные проекты и новые технологии для отрасли
АО УК "Аэропорты Регионов"

Ростех будет развивать научно-производственную кооперацию с ведущими вузами
Госкорпорация Ростех

Авиакомпания Red Wings пополнила свой флот новым самолётом SSJ-100
АО "Ред Вингс"