Наука в композите: достижения российской академической науки в области композиционных материалов

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

достижения российской академической науки в области композиционных материаловРоссийская академия наук подвела итоги 2015 года. В опубликованном докладе «О состоянии фундаментальных наук в Российской Федерации и о важнейших научных достижениях российских ученых в 2015 году» в том числе представлено направление по разработке композиционных материалов.

Достижения академической науки

В разделе ХИМИЯ И НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ, являющихся базисом для эффективного развития всех без исключения наук естественного профиля и различных отраслей промышленности, энергетики, сельского хозяйства, медицины, экологии. Очевидно, что развитие и интенсификация исследований в этой области естествознания призваны обеспечить устойчивое социально-экономическое развитие страны в ближайшей и отдаленной перспективе.

Институтами РАН осуществлялись комплексные экспериментальные и теоретические исследования, которые позволяют получать фундаментальные научные знания о химических превращениях и химических свойствах веществ, создавать новые химические процессы, технологии, перспективные материалы. Проводились исследования, сосредоточенные на разработке физико-химических основ получения композиционных, металлических, полимерных, керамических материалов, теории пластичности, прочности, синтезу фотопроводящих, фотохромных материалов; изучении самоорганизации наноструктурированных и пористых материалов и сорбентов; разработке экологически безопасных, энергоэффективных и ресурсосберегающих методов каталитической переработки природного ископаемого сырья (руды, нефть, газ, уголь и др.), обеспечивающих существенное повышение степени его использования. Разработаны подходы для осуществления направленного гидротермального синтеза алюмосиликатов со слоистой и каркасной морфологией на примере цеолитов различных структур и силикатов со структурой монтмориллонита. Определены оптимальные условия синтеза гибридных био-неорганических нанокомплексов (биконъюгатов) на основе наночастиц серебра с заданными размерами металлического ядра и биологической оболочки.

Среди важнейших достижений отмечаются работы ИХ ДВО РАН по разработке уникальных промышленно-востребованных технологий формирования композиционных покрытий на сплавах алюминия, титана, магния. Покрытия обладают антикоррозионными, противоизносными и супергидрофобными свойствами, а также эффектом самовосстановления после механического повреждения поверхности. Разработки по формированию композиционных полимерсодержащих покрытий, полученных с использованием ультрадисперсного политетрафторэтилена на титановых сплавах, внедрены в виде опытно-промышленной установки на судоремонтном предприятии Дальневосточный завод «Звезда» в рамках реализации 218 постановления Правительства РФ (2015 год). Технология позволяет восстановить защитные свойства термически полученных покрытий на дорогостоящих изделиях, бывших в эксплуатации.

Учеными ИК СО РАН и ИТ СО РАН получены новые композиты cостава [полимер (ПВА) – жидкий кристалл (ЖК) – углеродные нановолокна, допированные азотом (N-УНВ)]. Использование N-УНВ позволяет улучшить эксплуатационные характеристики новых композитов (увеличивается пропускание света, уменьшаются величины критического поля переориентации и время релаксации ЖК в 2 раза) по сравнению с композитами без добавки. Полученные характеристики позволяют применять новые композиты при создании гибких экранов в дисплеях различного назначения.

В ИВТЭ УрО РАН разработан новый, не имеющий аналогов метод создания композитных материалов на основе алюминия или свинца, содержащих до 5 мас.% углерода, равномерно распределенного в металлической матрице. В зависимости от условий синтеза установлено образование микрокристаллов (от 100 нм до 100 мкм) углерода кубической формы или пленок толщиной 1-3 монослоя внутри металлической капли при атмосферном давлении. Новый алюминий-углеродный композитный материал имеет твердость по Виккерсу в 3.5 раза выше, чем у чистого алюминия, а также более высокие значения модуля Юнга (на ~ 45%) и предела текучести (на ~ 52%) при одновременном увеличении предельного относительного удлинения при растяжении в два раза.

По направлению АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬНЫЕ НАУКИ одним из достижения отмечаетсЯ разработка полимерных композиционных материалов и оценка их долговечности в химических и биологических агрессивных средах. Установлены количественные математические зависимости биодеградации полимерных композиционных материалов и изделий в конкретных средах с учетом температурных, влажностных, размерных, структурных и других факторов, разработаны методы оценки и прогнозирования долговечности в разных климатических условиях. Полученные результаты по значимости сопоставимы с лучшими зарубежными разработками, а по ряду направлений (проведение идентификации микроскопических организмов, заселяющихся на материалах, в зависимости от эксплуатационных факторов; выявлению влияния предварительного старения материалов на их биологическое сопротивление; установление аналитических зависимостей для расчета координаты фронта продвижения метаболитов биологических сред в материалы и изменение упруго-прочностных характеристик материалов по сечению от длительности воздействия биологически активных сред) являются основоположными. Результаты работы апробированы натурными испытаниями в ГЦКИ ВИАМ, экспонированы на выставке «Мир биотехнологий 2015» (медаль победителя в конкурсе на лучшую продукцию), а обобщенные результаты работы опубликованы в 2 статьях, входящих в базу данных Scopus, 10 статьях в журналах, входящих в Перечень ВАК РФ ведущих рецензируемых научных журналов и изданий.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ГОСУДАРСТВЕННЫХ НАУЧНЫХ ЦЕНТРАХ

Концерн «Морское подводное оружие – Гидроприбор» в 2015 году завершил ОКР «Плавучесть», результатом которого является изобретение нового композиционного материала и разработка промышленной технологии его изготовления. Новый материал – гибрид стеклопластика и сферопластика. Этот многослойный композиционный материал является единственным конструкционным материалом малой плотности, который способен выдерживать давление воды на глубине более 6 км. Главный недостаток сферопластика – хрупкость, не позволяет использовать его в конструкциях испытывающих растягивающие и изгибающие нагрузки. Новый материал избавлен от этого недостатка путем создания многослойной структуры из тонких равномерно распределенных слоев материалов двух типов – легковесного сферопластика и обеспечивающего прочность при растяжении – ткани из стекловолокна.

ОНПП «Технология» им. А.Г. Ромашина представило результаты исследований и разработки конструктивно-технологических решений типовых элементов авиационных конструкций из термо – и реактопластов на основе объемно-армированных преформ с использованием безавтоклавных способов формирования. В результате выполнения работы были сформированы нормативные и конструктивно-технические базы создания авиационных конструкций из полимерных композитных материалов на основе объёмно-армированных преформ, обеспечивающих высокие прочностные характеристики изделий в трансверсальном направлении с выпуском соответствующей нормативной документаций.

Вместе с тем, использование однонаправленных композиционных материалов для ряда авиационных изделий, имеющих сложную схему нагружения в работе, не всегда является эффективным из-за низкой межслоевой прочности материала, что приводит к низкой реализации свойств исходных материалов в конструкции и, соответственно, снижению эффективности самих изделий.

Другие новости