|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
Разработка опытно-промышленной технологии производства полимерных связующих с повышенной термоокислительной стабильностью для полимерных и углерод-углеродных композиционных материалов, эксплуатируемых при температурах выше 350 СНИР
Development of experimental-industrial technology of polymer matrices with enhanced thermal-oxidative stability for high-temperature polymer and carbon-carbon composites
- Руководитель НИР: Булгаков Б.А.
- Ответственные исполнители: Афанасьева Е.С., Бабкин А.В.
- Участники НИР: Галигузов А.А., Годунов И.А., Джеваков П.Б., Жуковская Е.С., Жулькина А.Л., Ионов С.Г., Калугин Д.И., Кепман А.В., Клямкин С.Н., Кузнецова А.А., Липатов Я.В., Максимова Н.В., Малахо А.П., Манылов М.С., Мельниченко А.А., Морозов О.С., Нащокин А.В., Носырева Е.Л., Полякова Д.И., Пылаев А.Е., Тимошкин И.А., Филимонов С.В., Шорникова О.Н., Эрдни-Горяев Э.М., Яблокова М.Ю., Яшин Н.В.
- Подразделение: Кафедра химической технологии и новых материалов
- Срок исполнения: 31 мая 2018 г. - 31 декабря 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 14.607.21.0204
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118120790024-5
- Тип: Прикладная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
- ПН России: Транспортные и космические системы
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
- Критическая технология России: Технологии получения и обработки конструкционных наноматериалов
-
Рубрики ГРНТИ:
- 61.61.29 Усиленные пластмассы, композиционные и наполненные материалы
- 89.25.43 Космическая технология и материаловедение
- 55.09.43 Композиционные материалы
- Классификатор OECD: Материаловедение – композитные материалы, Прикладная химия, Химические технологии
-
Ключевые слова:
высоконагруженные конструкции, двигателестроение, углерод-углеродные
композиционные материалы, авиакосмическая техника, технология производства, термоокислительная стабильность, высокотемпературные защитные
покрытия, высокотермостойкие полимерные композиционные материалы, фталонитрильные связующие, препреги
carbon-carbon composites, thermooxidative stability, production technology, aerospace, phthalonitrile resins, high-temperature protective coatings, high-temperature polymer composites, high-loaded structures, prepregs, engine design -
Описание:
Проект направлен на разработку опытно-промышленной технологии и создание пилотного производства новых конкурентоспособных на мировом уровне полимерных связующих с повышенной термоокислительной стабильностью и технологичностью для полимерных и углерод-углеродных композиционных материалов, позволяющих эксплуатировать композитные изделия продолжительное время при температурах выше 350°С, а также будет способствовать созданию научного и технологического задела для перехода предприятий авиакосмической и двигателестроительной отраслей на новые полимерные композиционные материалы с экстремально высокими температурами эксплуатации.
-
Планируемые результаты:
Создание экспериментальной установки для получения термостойких связующих производительностью до 600 кг/год и отработка отдельных технических решений по получению связующих в целях масштабирования лабораторного процесса с получением связующих с заданными физико-химическими и механическими свойствами. Создание опытно-промышленной установки для получения термостойких связующих производительностью до 15 т/год и разработка опытно-промышленной технологии синтеза компонентов и получения новых термостойких фталонитрильных связующих на их основе. Получение и испытания экспериментальных образцов и опытной партии термостойких полимерных связующих для оценки правильности выбранных технических решений. Разработка опытно-промышленной технологии получения препрегов на основе термостойких связующих, обеспечивающая получение препрегов с заданными свойствами, перерабатываемых методом безавтоклавного формования для получения крупногабаритных конструкций из ПКМ. Получение и испытания экспериментальных образцов препрегов на основе термостойких связующих. Получение и испытания экспериментальных образцов полимерных композиционных материалов (ПКМ) на основе термостойких связующих и препрегов для подтверждения возможности получения ПКМ с заданными свойствам. Разработка новых углерод-углеродных материалов (УКМ) на основе термостойких фталонитрильных связующих и опытной технологий их получения, позволяющая проводить процесс по усовершенствованной менее энерго- и трудоемкой схеме. Проведение апробации высокотермостойких защитных покрытий на основе термостойких связующих, обеспечивающих эффективную защиту изделий и конструкций из ПКМ в условиях эксплуатации при температурах выше 300°С.
-
Научный задел:
ПО результатам ранее проведенных исследований были найдены решения по модификации структуры фталонитрильных мономеров с целью решения проблемы их высокой температуры стеклования и низкой технологичности при переработке. Проведенные работы позволили получить мономеры с температурой стеклования до -1 ℃, что более чем на 170° ниже температуры плавления классических фталонитрилов (170-185 ℃) и является наиболее низким значением для фталонитрилов, описанных в литературе. Был отработан лабораторный способ получения связующих и получены опытное образцы ПКМ на их основе. ПКМ сохраняли не менее 80% механических свойств при 300°С при различных нагрузках: межслоевой сдвиг, сдвиг в плоскости, растяжение, сжатие. Кроме того, в ходе предварительных исследований выявлены перспективы применения связующих в качестве коксующейся матрицы для получения УКМ как альтернатива керамике для высокотемпературных электроизоляционных материалов,а также в качестве основы для термостойких мастер-модельных плит и конструкционных пен.
-
Основные результаты:
Опытно-промышленная технология получения новых термостойких связующих для композиционных и углерод-углеродных материалов с повышенной термической стабильностью, эксплуатируемых при температуре выше 350С. Исходные данные на проектирование и комплект технологической документации промышленного производства термостойких полимерных связующих Новые углерод-углеродные композиционные материалы на основе термостойких связующих и технология их получения Препреги на основе термостойких полимерных связующих и технология их получения Новые высокотермостойкие защитные покрытия изделий из ПКМ на основе термостойких связующих
- Добавил в систему: Афанасьева Екатерина Сергеевна
Соисполнители НИР
| АНО "ЦИСИС ФМТ" | Соисполнитель |
| Сколковский институт науки и технологий | Соисполнитель |
| РХТУ имени Д.И. Менделеева | Соисполнитель |
Источник финансирования НИР
| ФЦП: Федеральная целевая программа, Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы» |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 31 мая 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Масштабирование лабораторного процесса и создание экспериментальной установки для получения фталонитрильных связующих |
| Результаты этапа: Проведен анализ и подготовлен обзор современных разработок в области высокотермостойких и углерод-углеродных композиционных материалов по данным научно-технической и патентной литературы, в том числе проведены патентные исследования в рассматриваемой области в обеспечение подачи заявок на патенты на разработанные связующие и технологию их получения. Показана перспективность замены композиционными материалами традиционных металлов и сплавов, применяемых для изготовления изделий и конструкций, работающих в условиях воздействия агрессивных факторов. Основными полимерными материалами для высокотемпературного применения являются полиимидные и фталонитрильные связующие. На российском рынке полимидные связующие имеют ограниченное применение, а информации об использовании фталонитрильных связующих не выявлено. К настоящему моменту по данным зарубежных публикаций описано достаточно много легкоплавких фталонитрильных мономеров, потенциально пригодных для получения ПКМ по инжекционным технологиям. Тем не менее, в мире не существует коммерчески доступных фталонитрильных связующих, что говорит о недостаточной технологической готовности существующих разработок и необходимости проведения дальнейших исследований, а также отсутствии прототипов. Разработаны технические требования и эскизная конструкторская документация (ЭКД) на экспериментальную установку получения фталонитрильных связующих производительностью 600 кг/год для отработки отдельных технических решений по организации синтеза мономеров и смешению компонентов связующих. В соответствии с разработанной документацией произведена закупка комплектующих и сборка экспериментальной установки. В объеме до 30 л проведена отработка технологии получения компонентов фталонитрильного связующего и определены оптимальные технологические режимы синтеза. Опробованы и подтверждены экспериментально режимы изготовления связующих на основе синтезированных компонентов. По результатам отработки технологии на экспериментальной установке выпущен лабораторный регламент получения фталонитрильных связующих и получены экспериментальные образцы. Разработаны программы и методики испытаний фталонитрильных связующих и препрегов на их основе. В соответствии с разработанной программой проведены испытания экспериментальных образцов фталонитрильных связующих, показано соответствие их характеристик установленным требованиям и подтверждена правильность выбранных технических решений по масштабированию процесса. Проведены экспериментальные работы в обеспечение разработки опытно-промышленной установки получения фталонитрильных связующих в части отработки режимов смешения и диспергирования компонентов на лабораторном многофункциональном реакторе. С учетом результатов отработки технологии и масштабирования процесса получения фталонитрильных связующих на экспериментальной установке разработана эскизная конструкторская документация на опытно-промышленную установку производительностью 15 т/год и начаты работы по закупке оборудования и ее комплектации. | ||
| 2 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Разработка опытно-промышленной технологии получения фталонитрильных связующих и разработка исходных данных для создания промышленного производства |
| Результаты этапа: Скомплектована и введена в эксплуатацию опытно-промышленная установка для получения фталонитрильных связующих производительностью 15 тонн/год, разработана опытно-промышленная технология получения фталонитрильных связующих, на основе полученных опытных образцах связующих разработана лабораторная технология получения препрегов и методики получения полимерных композиционных материалов с применением методов вакуумной инфузии и формования препрегов, получены и испытаны экспериментальные образцы препрегов и ПКМ, по результатам отработки опытно-промышленной технологии сформулированы исходные данные для проектирования промышленного производства фталонитрильных связующих, подготовлены проекты промышленного технологического регламента и технических условий на связующие. | ||
| 3 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Отработка опытно-промышленной технологии получения фталонитрильных связующих и разработка технологии получения на их основе углерод-углеродных композиционных материалов и защитных покрытий для ПКМ |
| Результаты этапа: Отработана опытно-промышленная технология получения фталонитрильных связующих на опытно-промышленной установке производительностью 15 т/год, окончательно определены перечень и требования к исходному сырью и режимы получения полупродуктов и готовых связующих, по результатам отработки скорректирован опытный технологический регламент, изготовлена и испытана опытная партия фталонитрильных связующих, разработана лабораторная технология получения углерод-углеродных композиционных материалов на основе фталонитрильных связующих, получены и испытаны экспериментальные образцы УКМ, определены и испытаны оптимальные защитные высокотермостойкие покрытия для обеспечения повышенных сроков эксплуатации ПКМ на основе фталонитрильных связующих в условиях повышенных температур, проведены маркетинговые исследования рынка высокотемпературных материалов и определены основные направления применения получаемых связующих, ПКМ и УКМ на их основе, разработаны рекомендации по дальнейшей коммерциализации результатов проекта и организации промышленного производства материалов в условиях Индустриального партнера по проекту. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".