Новые композиционные материалы для аддитивного производства

Продуктом разработки должны стать материалы в виде однонаправленных термопластичных лент на основе углеродных волокон, пропитанных термопластичным полимером. Исследование проводится одновременно в нескольких областях.

В числе ожидаемых результатов:

• установка для получения композиционных материалов;
• технологический процесс получения материалов;
• высокоадекватные математические модели материалов;
• методика оптимизации изделий из получаемых материалов;
• технология аддитивного производства конструкций из разрабатываемых материалов.

Проект направлен на разработку технологии изготовления высокоответственных конструкций для применения в различных отраслях промышленности, в первую очередь – аэрокосмической. Разрабатываемые в ходе проекта подходы позволят перейти к принципиально новым методам изготовления конструкций и изделий, включая 3D-печать, роботизированную выкладку, горячее прессование и намотку с in situ консолидацией слоев, позволяющих получать изделия сложной геометрии.

Ход проекта

• проведена серия экспериментов по отработке технологических режимов получения однонаправленных лент;
• определены оптимальные параметры скорости протяжки и температуры нагрева лент;
• определены механические свойства получаемых материалов в зависимости от объемного содержания волокна;
• разработаны способы регулирования прочностных характеристик композиционных материалов за счет введения в их состав фуллереновой сажи;
• разработаны математические модели композиционных материалов, что в дальнейшем позволит значительно снизить затраты на проектирование и производство конструкций из получаемых материалов.

«В ходе работ с учетом большого опыта команды в различных областях знаний, удалось создать уникальную модульную систему, не имеющую аналогов, которая позволяет изготавливать образцы композиционного материала в виде однонаправленных лент с возможностью регулирования большинства его свойств в широком диапазоне, а за счет модульной конструкции перенастройка системы занимает считанные часы», – комментирует младший научный сотрудник лаборатории Илья Кобыхно.

Одной из наиболее важных тенденцией развития в области ПКМ является переход от термореактивных связующих, таких как эпоксидные или полиэфирные смолы, к термопластичным конструкционным и суперконструкционным полимерам, которые имеют ряд преимуществ (высокую ударную прочность, более высокую термостойкость, устойчивость к циклическим нагрузкам), а также являются более экологичными и способны подвергаться вторичной переработке.