Разработка технологии и организация производства термостойких композиционных пресс-материалов для серийного изготовления облегченных деталей сложной формы, используемых в аэрокосмической технике, наземном и морском транспортеНИР

Источник финансирования НИР

ФКП Алексинский химический комбинат, Постановление Правительства РФ № 218

Этапы НИР

# Сроки Название
1 23 мая 2013 г.-31 декабря 2013 г. Этап 1. Разработка предварительного проекта технологии
Результаты этапа: За отчетный период проведены комплексные исследования по выбору технологических принципов получения новых композиционных пресс-материалов и исходных компонентов для их получения. Был проведен анализ существующих материалов и подходов к повышению термостойкости и физико-механических характеристик композитов на основе дискретных волокон. По результатам исследований были разработаны способы получения и наработаны образцы полимерных связующих на основе фенол-формальдегидных смол модифицированных аллильными и пропаргильными группами. В качестве основного принципа получения термостойкой полимерной матрицы была выбрана реакция Вильямсона новолачных фенол-формальдегидных смол с аллилхлоридом и пропаргил хлоридом в щелочной среде. Данный принцип позволяет получить производные фенол-формальдегидных смол, отверждающиеся по полимеризационному механизму, и циклизующиеся с образованием хромановых и хроменовых групп. Полу-ченные полимерные материалы могут обладать температурой стеклования до 360оС, что позво-ляет обеспечить термостойкость заметно превышающую требования показателей технического задания (250оС). Впервые проведено получение комбинированных матриц с различным соот-ношением модификаторов. Установлено, что модификация аллильными группами позволяет получить материалы с более высокими температурами стеклования после отверждения, в то время как наличие пропаргильных групп позволяет получить материалы с низким выходом ле-тучих – большими значениями коксового остатка, что также важно для обеспечения термостой-кости. Отработаны растворный способ получения модифицированных связующих в полярных раство-рителях и суспензионный способ синтеза в водных растворах щелочей с использованием меха-низма фазового переноса (катализатор – тетрабутиламмоний бромид). Показано, что раствор-ный способ с использованием в качестве растворителя диметилацетамида является более тех-нологичным. Для суспензионного способа характерно более сложный механизм отделения по-лимерной суспензии от водной среды и последующей регенерации водной среды, что делает затруднительной его промышленную реализацию. Использование диметилацетамида позволяет осуществлять регенерацию путем его отгонки и ректификации. Показано, что температурой стеклования неотвержденных смол можно управлять путем термообработки смолы при темпе-ратуре около 120ºС. Процесс ведется небольшое время с получением частично сшитого продук-та обладающего Тg = 26ºС, что подтверждено методами термического анализа и гельпроника-ющей хроматографии. Получаемая смола хрупкая при комнатной температуре, обладает дли-тельным временем жизни, не комкуется и не слипается при хранении. Отверждение чистых полимерных матриц может происходить без наличия катализатора при температуре ~200oC. В отличие от широко используемых в настоящее время термостойких ре-зольных и новолачных фенол-формальдегидных смол, полученные полимерные матрицы имеют широкое температурное «окно» для технологической переработки в изделия. Низковязкое состояние связующего сохраняется в диапазоне температур от 130 до 200оС, в то время как для обычных смол – этот диапазон значительно уже и составляет 130-150 оС. Для существующих композиционных материалов на основе фенол-формальдегидных смол (материалы класса ДСВ, ГСП и др.) инжекционная переработка затруднена, поскольку частичная термофикация материала проходит в процессе разогрева для достижения вязкотекучего состояния. Разрабатываемые материалы позволяют осуществлять инжекционное прессование стабильно и технологично, без риска неконтролируемого отверждения. С целью управляемого варьирования температуры отверждения разработан способ каталитического отверждения с использованием комплексных соединений солей кобальта и никеля. Показано, что использование катализатора в количестве ~ 0.1 масс. % позволяет снизить температуру отверждения на 50оС относительно исходной. Получены образцы композиционных материалов с использованием разработанных связующих и связующих на основе новолачных фенол-формальдегидных смол с использованием в качестве армирующих наполнителей различных типов волокон - углеродных, стеклянных, базальтовых и др. В рецептурах варьировалось содержание армирующего компонента, дисперсного наполнителя. Показано, что значения прочности на изгиб полученных образцов варьируются в диапазоне от 50 до 170 МПа и прочности на сжатие от 130 до 270 МПа в зависимости от содержания волокон и способа получения образца. Показано, что использование указанных материалов позволяет получить материалы, удовлетворяющие требованиям технического задания.
2 1 января 2014 г.-30 июня 2014 г. Этап 2. Разработка лабораторной технологии
Результаты этапа: В результате исследований по второму этапу было установлено, что разрабатываемые связующие при определенных условиях отверждения характеризуются экстремально высокими значения прочности на сжатие – до 300 МПа, модуля упругости – до 5.5 ГПА, что является очень высоким значением, для неармированных полимерных материалов. Также для данных связующих наблюдался оригинальный механизм разрушения. Данные явления будут дополнительно исследованы и опубликованы на 3-ем этапе. По результатам разработки были составлены лабораторные технологические регламенты, программы и методики их испытания. На основе разработанной документации проведены испытания лабораторной технологии, наработаны образцы материалов и определены их физико-химические характеристики. Полученные значения соответствуют параметрам ,установленным в технических требованиях к проекту. В рамках разработки лабораторных технологий и проведения их испытаний сформулированы требования к метрологическому обеспечению технологического процесса, с целью обеспечения контроля технологических параметров, входного и выходного контроля на создаваемом производстве.
3 1 июля 2014 г.-31 декабря 2014 г. Разработка опытно-промышленной технологии
Результаты этапа: В ходе выполнения работ по 3 этапу проведена разработка технологий полученияматериалов КПМП и КПМИ. В составе экспериментальных работ проведены следующие эксперименты: - по определению требований к фракционному составу реагентов; - по расчету материального баланса; - по отработке процесса получения нового связующего; - по отработке процессов получения пресс-материалов; - моделированию процесса получения образцов изделий из пресс-материалов и другие работы, предусмотренные план-графиком.
4 1 января 2015 г.-30 июня 2015 г. Этап 4. Отработка опытно-промышленной технологии
Результаты этапа: Будет проведена отработка опытно-промышленной технологии, подготовлена соответствующая документация по проекту
5 1 июля 2015 г.-31 декабря 2015 г. Этап 5. Работы по созданию промышленной технологии
Результаты этапа: Будут проведены работы по созданию промышленной технологии, подготовлена соответствующая документация 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".