Современные тенденции развития композиционных материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2015. Том 2

УДК 678

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

М. А. Дектярева1 Научный руководитель - Е. А. Жирнова

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: 1dektyareva_marina@mail.ru

Рассматриваются направления развития полимерных композиционных материалов.

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы.

THE CURRENT TRENDS OF DEVELOPMENT OF COMPOSITES

M. A. Dektyareva1 Scientific Supervisor - E. A. Zhirnova

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: 1dektyareva_marina@mail.ru

In work the directions of development of polymeric composites are considered.

Keywords: polymeric composites.

Новый уровень развития авиации и ракетно-космической техники требует применения принципиально новых технологий. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года рассмотрены на расширенном заседании Президиума НТС ФГУП «ВИАМ» и одобрены на трех межотраслевых совещаниях с участием представителей ФОИВ (Мин-промторг России, Минэконом развития России, Минобрнауки России, ФКА «Роскосмос»), государственных корпораций (ГК «Ростехнологии», ГК «Росатом»), Российской академии наук, государственных научных центров, ведущих КБ, Национальных исследовательских университетов, предприятий металлургической и химической промышленности.

Анализ тенденций развития композиционных материалов показывает, что сбывается прогноз выдающегося ученого, лауреата Нобелевской премии 1956 г. академика Николая Семенова: «Появятся вещества, которые сразу будут служить и материалом, и механизмом, и источником энергии» [1].

Так прогнозируется три новых поколения композиционных материалов. Первое поколение -самоадаптирующиеся полимерные композиционные материалы, материал осуществляет перераспределение нагрузок в конструкциях в зависимости от условий эксплуатации. Создаются материалы сами устраняющие микроразрушения, в режиме реального времени извещающие о состоянии конструкции, структурированные системы, в которых атомы и молекулы материала выстроены строго по линиям нагружения и возникающих напряжений.

Второе поколение - информкомпозиты, это материалы с интегрированными сенсорами; обладают высокой чувствительностью к деформации 0,000 1 %, помехозащищенностью и отсутствием коррозии; служат для изготовления «умных» конструкций с функцией мониторинга за деформациями и температурой. Подобно нервной системе тонкие волокно-оптические нити пронизывают конструкцию, регистрирую деформации и температуры.

Третье поколение - интеллектуальные механокомпозиты. Это материалы с обратной противодействующей связью; служат для изготовления «умных» конструкций с функциями мониторинга за деформациями, температурой и активного противодействия внешним силам на основе актюаторных элементов; могут быть применены для замены механических узлов (рули, заслонки), для активного гашения вибраций и перераспределения механических напряжений в конструкциях. Для них характерна обратная связь на основе множества исполнительных устройств (актюаторов). Последние

Секция «Концепции современного естествознания»

управляются электрическим напряжением и способны развивать усилия до сотен ньютонов с перемещение до единиц миллиметра.

В этом плане новые технологии открывают практически бесчисленные возможности для развития авиации. Они позволят перейти к принципиально новым концепциям летательных аппаратов. В перспективе летательные аппараты будут оснащаться множеством датчиков, снимающих в полете информацию об обтекающем воздушном потоке. После ее обработки бортовым компьютером нано-активаторы, воздействуя на поток, будут изменять в нужную сторону условия внешней аэродинамики. Это беспрецедентно повысит эффективность и надежность самолетов [2]. Особые достижения при использовании композиционных материалов прогнозируются в области прочности летательных аппаратов. Будут создаваться «самозалечивающиеся конструкции» из структурированных композиционных материалов с вкрапленными наночастицами, обеспечивающими затягивание возникающих трещин. Самая большая проблема в создании таких материалов - обеспечение их однородности и, соответственно, стабильности свойств.

К примеру, на основе новых технологий в ближайшие 10 лет станет возможным создание анти-обледенительных покрытий, повышение безопасности полетов в 6-8 раз, снижение расходов топлива на десятки процентов, повышение экологичности и комфорта.

Д. И. Коган выделяет следующие основные принципы разработки композиционных материалов: высокодеформативные полимерные связующие; высококачественный армирующий наполнитель со стабильными свойствами; технологии калиброванных препрегов; технологии формования изделий с учетом особенностей конструкции и материала. Это позволит обеспечить высокую прочность; высокую теплостойкость и влагостойкость; высокую стойкость к удару; низкий коэффициент вариации свойств [3].

Для реализации стратегических направлений развития полимерных композиционных материалов необходимо эффективное взаимодействие научно-исследовательских центров и производства, фундаментальных и прикладных исследований.

Библиографические ссылки

1. Выдающиеся химики мира : биографический справ / Н. Н. Семенов, В. А. Волков, Е. В. Вонский, Г. И. Кузнецова. М. : Высш. шк., 1991. С. 400-403.

2. Бойкова М. В., Гаврилов С. Д. Авиация будущего // Форсайт. 2009. № 1.

3. Коган Д. И., Тимошков П. Н. Современные технологии производства полимерных композиционных материалов нового поколения // Труды ВИАМ. 2013. № 4.

© Дектярева М. А., 2015