Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения нового поколения композиционных материалов с повышенной термостойкостью, повышенной стойкостью к коротковолновому, в том числе рентгеновскому излучению.

Докладчик: Резник Сергей Васильевич

Должность: заведующий кафедрой, профессор

Цель проекта:
1.1 Создание композиционных материалов на основе наноструктурированного углерода с повышенными не менее чем в 2 раза стойкостью к рентгеновскому излучению, не менее чем в 1,3 раза термостойкостью, не менее чем в 2 раза теплопроводностью, по сравнению с аналогами на основе эпоксидной смолы. 1.2 Создание композиционных материалов на основе модифицированного углеродного волокна, устойчивых до 1400°С. 1.3 Создание композиционных материалов на основе эластомеров и углеродного волокна или углеродных нанотрубок, устойчивых до 400°С.

Основные планируемые результаты проекта:
2.1 Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие:
а) анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме;
б) выбор и обоснование направления исследований;
в) результаты теоретических исследований;
г) результаты анализа данных экспериментальных исследований;
д) обобщение и выводы по результатам ПНИ.
2.2 Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
2.3 Математические модели многомасштабной теории эволюции композитных сред, обосновывающие выбор технологических операций получения композиционных материалов.
2.4 Методики модификации углеродного волокна фуллеренами и углеродными нанотрубками.
2.5 Лабораторные технологические регламенты получения композиционных материалов на основе:
- углеродных нанотрубок и эластомера;
- углеродного волокна и эластомера;
- углеродного волокна, модифицированного углеродными нанотрубками;
- углеродного волокна, модифицированного фуллеренами.
2.6 Экспериментальные образцы композиционных материалов на основе:
- углеродных нанотрубок и эластомера;
- углеродного волокна и эластомера;
- углеродного волокна, модифицированного углеродными нанотрубками;
- углеродного волокна, модифицированного фуллеренами.
2.7 Рекомендации по применению разработанных композиционных материалов в промышленности.
2.8 Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
2.9 Проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка опытно-промышленной технологии получения полимерных композиционных материалов на основе наноструктурированного углерода, обладающих повышенной термостойкостью и повышенной стойкостью к коротковолновому, в том числе рентгеновскому излучению».

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
3.1 Разрабатываемая технология получения композиционных материалов на основе наноструктурированного углерода с повышенной термостойкостью и повышенной стойкостью к коротковолновому, в том числе рентгеновскому излучению, должна предназначаться для использования в сфере изготовления высокотехнологической продукции, для освоения на предприятиях ракетно-космической промышленности выпуска деталей перспективных ракет, космических аппаратов и энергетических установок.
3.2 Разрабатываемые композиционные материалы на основе наноструктурированного углерода должны предназначаться для изготовления термостойких деталей для использования в конструкциях перспективных ракет, космических аппаратов и энергетических установок с улучшенными механическими свойствами.

Текущие результаты проекта:
4.1 Анализ научно-технической литературы, нормативной-технической и методической документации, затрагивающей научно-техническую проблему ведется по следующим направлениям: виды эластомеров, углеродные волокна (УВ), виды углеродных волокон, углеродные нанотрубки (УНВ), методы модификации УНТ и УВ.
Углеродные волокна являются перспективным армирующим компонентом в производстве современных композиционных материалов.
В России углеродные волокна производят путем термической обработки волокон на основе полиакрилонитрила (ПАН) и гидратцеллюлозы (ГЦ).
Углеродные волокнистые материалы на основе ГЦ имеют такие достоинства, как высокая удельная поверхность, пористая структура, стабильность электрической проводимости, высокая сорбционная способность активированного волокна.
Волокна на основе ПАН почти в 10 раз превосходят волокна на основе ГЦ по модулю упругости и по прочности на разрыв элементарного волокна. Кроме того, стоимость УВ на основе ПАН ниже стоимости гидратцеллюлозных волокон в 2-3 раза.
Таким образом, УВ на основе ПАН-волокна являются предпочтительным армирующим материалом для композитов вследствие их высокой удельной прочности и жесткости в совокупности с малой массой и низкой стоимостью.
На основании анализа технических характеристик марок производимых углеродных волокон на основе полиакрилонитрила, было выбрано волокно марки «АРГО-С» М, обладающее наибольшим модулем упругости при изгибе – не менее 140 ГПа.
4.2 Выбраны основные направления исследований в рамках ПНИ: проведение математического моделирования композиционных материалов; создание композиционных материалов на основе углеродных нанотрубок и эластомера; создание композиционных материалов на основе углеродного волокна и эластомера; создание композиционных материалов на основе углеродного волокна, модифицированного углеродными нанотрубками; создание композиционных материалов на основе углеродного волокна, модифицированного фуллеренами.
4.3 Определены способы повышения радиационной стойкости и теплопроводности для композиционных материалов на основе эластомера с помощью введения наноструктурированных углеродных наполнителей.
4.4 Определён эффективный метод модификации поверхности углеродных нанотрубок и углеродных волокон полимерным покрытием с целью увеличения адгезии к связующему для создания термо- и радиационностойких композиционных материалов.
4.5 Выбрано связующее из ряда типичных представителей разных классов эластомеров (ненасыщенные каучуки, силоксановый каучук, полиуретан и др.):
Выбран тип эластомера (силоксановый каучук) из различных классов полимерных материалов (изопреновый каучук, бутадиеновый каучук, бутадиен-стирольный каучук, акрилатный каучук,, бутадиен-нитрильный каучук, бутилкаучук, этилен-пропиленовый каучук, фторкаучук, фторсилоксановый каучук, силоксановый каучук) для создания термостойких композиционных материалов с повышенной теплопроводностью. Его преимуществом является высокая термостойкость (> 300 °С) и более высокая, по сравнению с другими эластомерами теплопроводность (до 1,2 Вт/м*К, у других Ээластомеров от 0,126 до 0,3 Вт/м*К).
4.6 Разработан перечень материалов и комплектующих, необходимых для обеспечения экспериментального изучения получения химически модифицированных углеродных наноструктурированных материалов и нанесения электропроводного полимерного покрытия на углеродное волокно с целью изготовления композиционных материалов на основе углеродного волокна и наноструктурированных форм углерода.