Данное исследование было просмотрен 250 раз

Сквозные технологии цифрового проектирования и создания изделий из многоуровневых композиционных материалов на основе термопластичных матриц, наполненных углеродными волокнами и наночастицами

Группа научных исследований: Передовые Цифровые технологии. Цифровое проектирование, математическое моделирование и управление жизненным циклом изделия или продукции (Smart Design) и технологии «умного» производства (Smart Manufacturing).

Срок реализации: 2020-2025 гг.

Исполнитель: Лаборатория «Моделирование технологических процессов и проектирование энергетического оборудования» (МТПиПЭО)

Решаемые научно-технические задачи, полученные и ожидаемые результаты

В 2020 году

Проведено исследование методов создания многоуровневых композиционных материалов на основе термопластичных матриц, наполненных углеродными волокнами и наночастицами различной природы.

1. Важнейшие результаты по направлению научных исследований, полученные в период реализации соглашения в отчётном году с момента заключения соглашения.

Проведен анализ современного состояния методов создания изделий из многоуровневых композиционных материалов на основе термопластичных матриц, наполненных углеродными волокнами и наночастицами, выбраны направления и пути разработки технологии и исследования создаваемого композиционного материала. Проведены сравнения свойств между чистым полимером и смесью полимера с фуллереновой сажей, а также влияние добавок на свойства композиционных материалов.

На основе анализа научно-технической литературы по исследуемой теме обоснована актуальность работы и выбраны методы разработки и способы исследования создаваемого композиционного материала. Показаны пути повышения механических свойств ПКМ и адгезионной прочности на границе углеродное волокно-термопласт путем добавления нанопорошковых материалов, в том числе углеродных. Показано влияние содержания углеродных наноструктур в композиционном материале на предел прочности и модуль упругости, а также её влияние на трибологические свойства.

В результате литературного анализа методов пропитки углеродных волокон термопластичными полимерами показано, что пропитка из суспензии полимерных порошков является наиболее перспективной. Данный методом позволяет изготавливать ПКМ в виде однонаправленной термопластичной ленты и с высокой точностью регулировать объемную долю волокна в широком интервале (от 30 до 70 %). Также, с использованием данного метода, в процессе пропитки волокна возможно введение наноразмерных частиц в состав ПКМ, за счет его добавления в состав суспензии.

2. Сопоставление полученных результатов по направлению научных исследований с мировым уровнем

В ходе работ был выполнен анализ различных способов получения полимерных композитов, в том числе разработанных зарубежными исследователями. Были рассмотрены достоинства и недостатки методов. В большинстве способов получения полимерных композитов двумя основными шагами являются: 1 - изготовление ленты, которая включает в себя пропитку волокон термопластичными частицами и их последующую коалесценцию на волокнах для формирования гибкой ленты - препрега; 2 – спекание изделия, которое включает в себя укладку препрега под давлением для образования безпористых композитов.

В 2021 году
  • Проведено исследование методов создания многоуровневых композиционных материалов на основе термопластичных матриц, наполненных углеродными волокнами и наночастицами различной природы. Изготовлены образцы двухуровневых композиционных материалов. Проведены исследования свойств полученных образов: изготовлены образцы двухуровневых композиционных материалов. Проведены исследования свойств полученных образов.
  • Разработаны высокоадекватные модели двухуровневых композиционных материалов. Проведены виртуальные испытания материалов.
  • Изготовлены образцы многоуровневых композиционных материалов. Исследованы свойства полученных образов. Определены механизмы влияния наночастиц на свойства получаемых материалов.
  • Разработаны высокоадекватные модели многоуровневых композиционных материалов. Проведены виртуальные испытания материалов.
  • Проведена валидация высокоадекватных моделей двух- и многоуровневых композиционных материалов.
В 2022 году
  • Проведено исследование особенностей формования изделий из многоуровневых композиционных материалов.
  • Разработаны цифровые модели технологических процессов переработки многоуровневых композиционных материалов
  • Разработаны подходы к цифровому проектированию изделий из многоуровневых композиционных материалов.
В 2023 году
  • Проведены исследования влияния технологических параметров при формовании изделий из многоуровневых композиционных материалов.
  • Осуществлено изготовление и испытание экспериментальных образцов изделий из многоуровневых композиционных материалов.
  • Проведена верификация цифровых моделей технологических процессов переработки многоуровневых композиционных материалов
В 2024 году
  • Разработаны технологии формирования изделий из многоуровневых композиционных материалов.
  • Разработаны цифровой платформы для проектирования изделий с учетом ограничений технологических процессов переработки многоуровневых композиционных материалов
В 2025 году
  • Реализовано Проектирование образцов демонстраторов технологии с использованием цифровой платформы.
  • Изготовлены образцы демонстраторов из многоуровневых композиционных материалов.