Завершение второго этапа работ по теме «Разработка технологии получения нового поколения композиционных материалов с повышенной термостойкостью, повышенной стойкостью к коротковолновому, в том числе рентгеновскому излучению»

Сотрудники МИЦ «НКМН» «Композиты России» под руководством д.т.н., проф. С.В. Резника завершили второй этап работ, направленных на решение проблемы связанной с отсутствием теоретического и экспериментального обоснования технологии получения нового поколения конструкционных материалов. Целью проекта является создание конструкционных материалов на основе наноструктурированного углерода с повышенной не менее, чем в два раза стойкостью к рентгеновскому излучению, не менее чем в 1,3 раза термостойкостью, не менее чем в 2 раза теплопроводностью по сравнению с аналогами из эпоксидной смолы. Кроме того, конструкционных материалов на основе: модифицированного углеродного волокна устойчивых до 1400 градусов. эластомеров устойчивых до 400 градусов. Реализация проекта позволит разработать технологию получения нового поколения композитов для использования их в ракетно-космической и авиационной технике, перспективных энергетических установках. Новейшие композиционные материалы должны удовлетворять высоким требованиям по массовой эффективности, геометрической стабильности в условиях космического вакуума, действия корпускулярного излучения, атомарного кислорода, метеорных потоков. В результате математического моделирования температурного и напряженно-деформированного состояний и основных физических характеристик конструкционных материалов с наноструктурными добавками различных типов под воздействием микроволнового излучения выявлен набор оптимальных характеристик и состава КМ. На основании проведенного анализа научной литературы были выбраны наиболее эффективные способы введения углеродных нанотрубок в полимерную матрицу. Работы выполняются в рамках соглашения с Министерством образования и науки РФ №14.577.21.0095. (http://www.bmstu.ru/mstu/news/?newsid=2861) Композиты России — межотраслевой инжиниринговый центр «Новые материалы, композиты и нанотехнологии» (МИЦ «НМКН») МВТУ им. Н.Э.Баумана. Ведущий инжиниринговый центр России в области разработки композиционных материалов и изделий на их основе. Центр реализует «замкнутый цикл» инжиниринговых услуг от разработки новых материалов и технологий их переработки до проектирования и производства изделий на их основе в основных производственных отраслях, в том числе в транспортной, строительной, энергетической, нефтегазовой, нефтехимической отраслях и биомедицине. В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 25 августа 2014 года №14.577.21.0095 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 — 2020 годы» на этапе №1 в период с 25 августа по 31 декабря 2014 года выполнялись следующие работы: Проведен анализ научно-технической литературы, нормативной-технической и методической документации, затрагивающей научно-техническую проблему. Обоснован выбор направлений исследований. Сделан выбор марки углеродного волокна отечественного производства на основе полиакрилонитрила с высокими прочностными характеристиками. Сделан выбор связующих из ряда полимеров из типичных представителей разных классов эластомеров (ненасыщенные каучуки, силоксановый каучук, полиуретан и др.). Проведены патентные исследования по теме проекта. Разработаны математические модели многомасштабной теории эволюции композитных сред, обосновывающих выбор технологических операций получения композиционных материалов. Разработаны методы модификации углеродного волокна фуллеренами и углеродными нанотрубками, в том числе: Проведено экспериментальное изучение получения химически модифицированных углеродных наноструктурированных материалов. Проведено экспериментальное изучение нанесения электропроводного полимерного покрытия на углеродное волокно с целью изготовления композиционных материалов на основе углеродного волокна и наноструктурированных форм углерода. При этом были получены следующие результаты: На основе проведенного анализа специфики распространения различных излучений в комплексных средах с дальними корреляциями, каковыми являются КМ, можно выделить ряд проблем, требующих дальнейшего рассмотрения: — В связи с характерными размерами компонент композитных материалов возникает существенная сложность описания процессов распространения излучения в ТГц и ИК диапазонах, по мере перехода из длинноволновой в коротковолновую область электромагнитного спектра усложнение физических процессов, лежащих в основе специфики исследуемых явлений, связано не только с необходимостью учета изменения свойств материалов под действием ионизующих излучений. — В отмеченных диапазонах ИК и ТГц излучения существенную роль оказывают процессы многократного рассеяния, что обусловлено дальними корреляциями комплексных диэлектрических характеристик среды. Таким образом, возникает сложная спектральная зависимость композитных сред, даже в случае, когда отдельные компоненты прозрачны для излучения. — Методы феноменологической теории переноса излучения в случае фотонно-кристаллических (и квази-кристаллических) сред, а также метаматериалов становятся принципиально неэффективны в силу неопределенности фазовой функции (индикатрисы рассеяния), необходимой для замыкания теории переноса излучения. — Показано, что для решения задач переноса излучения в режиме сильного когерентного рассеяния перспективны методы конечных разностей во временной области (FDTD) и статистический метод Монте-Карло для решения уравнений Максвелла. Представленные подходы учитывают реальную, а не модельную индикатрису рассеяния среды. Разработана методика получения углеродного волокна на основе полиакрилонитрила, модифицированного углеродными нанотрубками. Разработана методика получения углеродного волокна на основе полиакрилонитрила, модифицированного фуллеренами. Разработанные методики являются высокоэффективными и не уступают современным аналогам. По разработанным методикам проведено экспериментальное изучение получения химически модифицированных углеродных наноструктурированных материалов и экспериментальное изучение нанесения электропроводного полимерного покрытия на углеродное волокно с целью изготовления композиционных материалов на основе углеродного волокна и наноструктурированных форм углерода необходимы для дальнейшего изготовления экспериментальных образцов углеродного волокна, модифицированного углеродными нанотрубками и фуллеренами. Экспериментальные образцы химически модифицированных углеродных нанотрубок Экспериментальные образцы модифицированного углеродного волокна Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявших методик и решений: Новизна ПНИ будет заключается в следующем: — будут разработаны приемы лабораторной технологии модификации полимерных КМ с помощью наноструктурных добавок, повышающих теплопроводность, термостойкость и стойкость к коротковолновому, в том числе рентгеновскому излучению. — будут разработаны математические модели для исследования температурного и напряженно- деформированного состояния термостойких КМ, позволяющие прогнозировать теплофизические и термомеханические характеристики материалов в при воздействии коротковолнового, в том числе рентгеновского излучения. — будет проведено математическое моделирование температурного и напряженно-деформированного состояния элементов конструкций РКТ из термостойких КМ при воздействии коротковолнового, в том числе рентгеновского излучения. — будут разработаны новые методики тепловых испытаний элементов конструкций ГЛА из УККМ с использованием широкого спектра экспериментального оборудования (стенды радиационного нагрева и газодинамических испытаний). Работы по Соглашению о предоставлении субсидии от 25 августа 2014 г. № 14.577.21.0095 на этапе № 1 Плана-графика исполнения обязательств выполнены в установленный срок и удовлетворяют условиям данного Соглашения, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств. Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.