Композиционные материалы в ТОП-100 лучших изобретений России

Share on VKShare on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedIn

kompozinie_materialy_v_top_100

Федеральный институт промышленной собственности (ФИПС) ежегодно проводит конкурс «100 лучших изобретений России». Критериями включения разработок в ТОП-100 являются высокий технический уровень изобретения в сравнении с мировыми аналогами, готовность к использованию в производстве, ожидаемый экономический эффект, а также соответствие работы приоритетным направлениям развития науки и технологий в Российской Федерации, Перечню критических технологий Российской Федерации и Стратегии инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года. 

Разработка новых композиционных материалов соответствует вышеперечисленным критериям, и, соответственно, данные работы в данном направлении также отмечаются Роспатентом. Журнал «Композитные решения» изучил «100 лучших изобретений России» за пять лет и отобрал отмеченные разработки в области композиционных материалов.

Так, по итогам 2010 года в топ-100 лучших изобретений Роспатента попали две работы по созданию новых композитных материалов.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ НАНОКОМПОЗИТОВ, Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН.

Изобретение относится к способам получения полимерных нанокомпозитных материалов, а именно металлосодержащих нанокомпозитов, и может быть использовано при изготовлении материалов с необычными физико-химическими, электрофизическими, фотофизическими, магнитными, каталитическими и сенсорными свойствами для различных отраслей промышленности. Техническим результатом заявленного изобретения является разработка способа, который позволяет предотвратить объединение отдельных наночастиц в агрегаты, обеспечивает однородность размеров и однородность распределения наночастиц в объеме полимерного материала, а также отличается простой технологией и легко реализуется на выпускаемом серийно промышленном оборудовании. Технический результат достигается способом получения металлсодержащих нанокомпозитов путем введения металлических наночастиц в полимерную матрицу, который включает осаждение паров одного или нескольких металлов в вакууме. При этом пары одного или нескольких металлов осаждают на поверхности полимерной пленки в количестве 1014-1016 атомов металла на 1 см2 поверхности. Затем полимерную пленку, содержащую осажденный металл, расплавляют, расплав перемешивают и гранулируют. При этом содержание металла в получаемом металлсодержащем нанокомпозите регулируют повторением операций осаждения и расплавления и/или изменением соотношения поверхность/объем в исходной полимерной пленке.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИТА НА ОСНОВЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ И НЕОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛУПРОВОДНИКА,  Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН.

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, в частности к способу получения нанокомпозита на основе жидкокристаллического полимера и неорганического полупроводника, который может быть широко использован в лабораторных исследованиях и в промышленности. Предлагается способ получения нанокомпозита, который заключается в том, что раствор жидкокристаллического полимера ряда поли-4-(n-акрилоилоксиалкокси)бензойной кислоты формулы механически обрабатывают до разрушения межцепных связей полимера, смешивают с наночастицами неорганического полупроводника, покрытыми оболочкой низкомолекулярного органического лиганда, содержащего такую же, как у полимера, функциональную группу и выбранного из группы жирных кислот. Полученную смесь выдерживают, формируют химически связанные наночастицы, и их выделяют, растворитель отгоняют. В качестве неорганического полупроводника используют селенид кадмия, сульфид кадмия или сульфид свинца, в качестве жирной кислоты — олеиновую, или пальмитиновую, или линолевую кислоту. Предложенный способ позволяет получать нанокомпозиты на основе жидкокристаллических полимеров, содержащие упорядоченно включенные в объем композита наночастицы неорганических полупроводников в количестве более 10 мас.%.

 

В 2011 год Роспатент отметил 4 проекта среди 100 лучших изобретений.

СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ФГУП «ВИАМ»)

Изобретение относится к стеклокерамическим композиционным материалам на основе наноструктурированных стеклокерамических матриц, армированных углеродными наполнителями, для изготовления кольцевых элементов и деталей перспективной авиационно-космической техники с рабочей температурой до 1300°С, эксплуатирующихся в условиях окислительной и других агрессивных сред и испытывающих в процессе работы большие механические нагрузки. Материал может использоваться в наземных, энергетических, нефте- газоперекачивающих, транспортных системах и в новых областях общего и специального машиностроения.

Техническим результатом изобретения является повышение ударной вязкости и жаростойкости стеклокерамического композиционного материала при рабочих температурах до 1300°С. Предложен стеклокерамический композиционный материал, включающий стекломатрицу и углеродный волокнистый наполнитель в соотношении, мас.%: стекломатрица 55,5-75,5, углеродный волокнистый наполнитель 24,5-44,5. Стекломатрица закристаллизована в высокотемпературной фазе кордиерита и имеет

следующий химический состав, мас.%: Аl2О3 33-38, MgO 11-15, SiO2 -остальное.

СОСТАВ СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ ПРОПИТКИ ВОЛОКНИСТОГО НАПОЛНИТЕЛЯ, ПРЕПРЕГ НА ЕГО ОСНОВЕ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕПРЕГА, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОСТОЙКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПРЕПРЕГА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОСТОЙКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ВОЛОКНИСТОГО НАПОЛНИТЕЛЯ, Обнинское научно-производственное предприятие «Технология», Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова

Изобретение относится созданию теплостойких конструкций из композиционных материалов, работающих в экстремальных условиях: длительное воздействие высоких температур (150-200°С) в сочетании с механическими нагрузками и, возможно, высокими дозами ионизирующей радиации. Командой проекта предложено получение теплостойких композиционных материалов и изделий на их основе на базе сополимеров, получаемых из ненасыщенных полиэфирных смол (33,3-41,4 мас.%) и триаллилцианурата или триаллилизоцианурата (58,6-66,7 мас.%), причем сополимеры получаются радиационно-химическим способом за счет радикальной сополимеризации. Предлагаемые составы связующих для получения препрегов радиационно-химическим способом подбираются из компонентов, обладающих различной чувствительностью к ионизирующему излучению и способностью полимеризоваться по различным механизмам.

Изделия из предложенных композиционных материалов используются в авиационной и космической технике, судо- и машиностроении.

КОРПУС ТВЕРДОТОПЛИВНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, ОАО НПО «Искра»

Изобретение относится к машиностроению, а именно к корпусам твердотопливных ракетных двигателей из композиционного материала. Корпус содержит силовую цельномотанную оболочку типа «кокон», оболочку второго кокона и плоские кабели бортовой кабельной сети, расположенные в поперечном сечении на расстояниях, определяемых соотношением, защищаемым настоящим изобретением. В прилегающей к кабелю зоне пространство между силовой оболочкой и оболочкой второго кокона заполнено эластичной резиновой прослойкой переменной толщины в поперечном сечении корпуса. Внешняя поверхность прослойки выполнена выпуклой и плавно сопряжена с наружной поверхностью силовой оболочки и наружной поверхностью кабеля. Изобретение позволяет повысить надежность и прочность корпуса ракетного двигателя твердого топлива с вмотанными кабелями бортовой кабельной сети за счет исключения местных изгибных напряжений в силовой оболочке и в оболочке второго кокона при действии внутреннего давления.

РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, ОАО НПО «Искра»

Ракетный двигатель твердого топлива содержит корпус, выполненный из композиционного материала, сопло и узлы отсечки тяги, расположенные на переднем днище корпуса. Каждый узел отсечки тяги содержит размещенный под силовой оболочкой корпуса закладной фланец, перо которого закрыто внутренним теплозащитным покрытием корпуса, крепящийся к нему раструб сопла противотяги и заглушку с узлом герметизации, зафиксированную стопорным устройством, содержащим пиросредство и имеющим кулачки или шарики, расположенные в трапециевидной канавке раструба сопла противотяги. Кулачки или шарики зафиксированы в радиальном направлении блокиратором. Внутренний диаметр закладного фланца равен диаметру сквозного отверстия в днище корпуса и наружному диаметру заглушки. Раструб сопла противотяги крепится к закладному фланцу шпильками, болтами или винтами, проходящими насквозь через силовую оболочку корпуса. Радиус вершины пера закладного фланца превышает радиус окружности, описанной вокруг шпилек, не менее чем в 1,225 раза.

Узел герметизации выполнен в районе сопряжения заглушки с закладным фланцем, а закладной фланец в этом районе выполнен в виде кольца, соединенного с пером тонкой перемычкой. Изобретение позволяет снизить массу конструкции, повысить стабильность работы узлов отсечки тяги и допустимое время их работы.

 

2012 год – три работы были отмечены комиссией Роспатента как лучшие изобретения года.

НАНОКОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ СВЯЗУЮЩИХ, Пономарев Андрей Николаевич

Изобретение относится к нанокомпозитному материалу. Нанокомпозитный материал содержит полимерное связующее, наполнитель и фракцию наночастиц. Фракция наночастиц включает многослойные углеродные частицы тороподобной формы размером от 15 до 150 нм, в которых соотношение внешнего диаметра к толщине тела тора находится в пределах (10-3):1. Наполнитель выбирают из группы, включающей в себя стеклянные, углеродные и органические и борные волокна. Связующее выбирают из группы, включающей в себя эпоксидиановые смолы, эпоксиноволачные смолы, эпоксифенольные смолы, полиэфиры, полиимидазол или полиоксибензимидазол. Использование фракции наночастиц в составе нанокомпозитного материала позволяет достичь эффективного уплотнения и упрочнения вблизи межфазных границ наполнитель/связующее и повысить его среднюю плотность, упругость, жесткость и прочность. Нанокомпозитный материал может быть использован при изготовлении различных деталей и изделий для машиностроения и транспорта, в том числе державок инструмента для точной обработки поверхности деталей.

КЕРАМОМАТРИЧНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ С УПРОЧНЕННЫМ АРМИРУЮЩИМ КОМПОНЕНТОМ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, ООО «Вириал»

Изобретение относится к области машиностроительной керамики и может быть использовано для изготовления конструкционных деталей, работающих в условиях высоких механических нагрузок. Керамоматричный композиционный материал с упрочненным армирующим компонентом в виде пучков углеродных филаментов, покрытых слоем карбида кремния, и матрицы на основе карбида кремния содержит углеродные филаменты внутри пучков, связанные между собой углеродной межфиламентной фазой, упрочненной углеродными нанотрубками. Слой карбида кремния содержит наноразмерные зерна, а матрица дополнительно содержит свободный кремний. При получении керамоматричного композиционного материала пучки углеродных филаментов обрабатывают под воздействием ультразвуковых колебаний суспензией, содержащей 2-8 мас.% углеродных нанотрубок и 5-20 мас.% полимерного связующего в органическом растворителе, после чего наносят полимерный слой на пучки путем их обработки суспензией, содержащей, 10-30 мас.% полимерного связующего и 3-15 мас.% терморасширенного графита. Синтез матрицы и слоя карбида кремния, содержащего наноразмерные зерна, на пучках осуществляют путем карбонизации и силицирования. Полученный материал обладает низкой пористостью, высокой прочностью при изгибе и ударной вязкостью, способ его изготовления пригоден для массового экономичного производства изделий.

НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЙ АНТИФРИКЦИОННЫЙ И УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА, Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова (ФГУП НИФХИ им. Л.Я. Карпова).

Изобретение имеет отношение к нанокомпозиционному конструкционному материалу на основе политетрафторэтилена. Нанокомпозиционный конструкционный материал содержит ультрадисперсный алмазосодержащий наполнитель. В качестве наполнителя используются ультрадисперсные детонационные наноалмазы при следующем соотношении компонентов: ультрадисперсные детонационные наноалмазы — 1.0-5.0%; политетрафторэтилен — остальное до 100%. Материал подвергают радиационному модифицированию. Технический результат — получение изделий, предназначенных для общепромышленного применения в качестве антифрикционного и прокладочно-уплотнительного материала.

 

В 2013 году Роспатент отметил лишь одну работу в области разработки композитных материалов.

СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ НЕОРГАНИЧЕСКОГО ВОЛОКНА, МОДИФИЦИРОВАННОЕ ВОЛОКНО И КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, ЗАО «ГрАВИОНИКС-К»

Изобретение относится к модифицированию поверхности неорганического волокна путем формирования высокоразвитой поверхности неорганического волокна, используемого в качестве наполнителя, за счет формирования на волокнах углеродных наноструктур (УНС) и может найти применение в производстве высокопрочных и износостойких волокнистых композиционных материалов. Способ модифицирования поверхности неорганического волокна включает следующие стадии: (а) пропитку неорганического волокна раствором (альфа)2 фракции пека в органических растворителях; (б) последующую сушку пропитанного волокна; (в) термообработку пропитанного неорганического волокна при 300-600°С; (г) нанесение на поверхность термообработанного в соответствии со стадией (в) волокна соли переходного металла; (д) восстановление соли переходного металла с получением наночастиц переходного металла; (е) осаждение углерода на наночастицы переходного металла с получением углеродных наноструктур на поверхности волокна. Композиционный материал содержит модифицированное волокно, изготовленное вышеизложенным способом, и матрицу из полимера или углерода. Технический результат изобретения: повышение прочности композиционного материала в поперечном направлении относительно плоскости армирования за счет предотвращения разрушения поверхности волокон при модификации углеродными наноструктурами.

 

По итогам 2014 года конкурсная комиссия Роспатента включила в ТОП-100 две разработки.

Износостойкий композиционный керамический наноструктурированный материал и способ его получения, ООО «Вириал»

Изобретение относится к области технической керамики, в частности к износостойкому композиционному керамическому наноструктурированному материалу на основе оксида алюминия,который может быть использован для изготовления режущего инструмента и износостойких деталей для машиностроения. Предложенный керамический материал на основе оксида алюминия с объемным содержанием компонентов: Al2O3 63-82%, TiCN 16-34%, ZrO2 2-3%, содержит фазу карбонитрида титана TiCN на границах зерен оксида алюминия и наноразмерные частицы диоксида циркония внутри зерен оксида алюминия. Фаза карбонитрида титана представлена наноразмерными частицами и частицами субмикронного размера. Дополнительно наноразмерные частицы TiCN и ZrO2 присутствуют на границах зерен оксида алюминия и частиц фазы TiCN субмикронного размера.

Предложенный способ получения керамического материала, включает стадии помола, смешения компонентов после помола и спекания полученной смеси, причем скорость нагрева смеси до температуры спекания поддерживают постоянной в диапазоне 50-400

град/мин, а спекание осуществляют при температурах от 1450 до 1600°C, при воздействии электрических и/или электромагнитных полей под давлением. Технический результат изобретения — высокие показатели прочности, твердости, износостойкости материала, в том числе при повышенных температурах.

Керамический композиционный материал на основе алюмокислородной керамики, структурированной наноструктурами TIN, Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ)

Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности к производству высокопрочного и высокотермостойкого керамического композиционного материала на основе алюмокислородной керамики, структурированной в объеме наноструктурами (нанонитями) TiN, и может быть использовано в машиностроении, в изделиях авиационно-космической техники, двигателестроении, металлообрабатывающей промышленности, в наиболее важных и подверженных экстремальным термоциклическим нагрузкам узлах и деталях. Новый керамический композиционный материал включает алюмокислородную матрицу и дисперсную фазу TiN при соотношении, мас.%: Al2O3 — 84,1% и TiN -15,9% с диаметром нанонитей TiN 5 нм и имеет высокие прочностные характеристики: предел прочности при 3-точечном изгибе 1262±20 МПа и вязкость разрушения 9 МПа/м1/2, за счет чего он может успешно использоваться в экстремальных условиях высоких термоциклических нагрузок при температурах до 1500°C на воздухе.

Другие новости