Директор ФСВТС_ Дмитрий Шугаев_цитата_ч-б

Дмитрий Шугаев: В сфере ВТС Россия действует строго в рамках закона и своих международных обязательств. В этом смысле мы комфортный и надежный партнер

Термопластичные углепластики XXI века

Развитие машиностроения сегодня немыслимо без использования новых композиционных материалов: сочетание свойств армирующих наполнителей и полимерных связующих позволяет получать заданные физико-механические свойства. Углепластики - наиболее яркий пример подобных материалов - состоят из углеродных волокон (УВ) и полимерного связующего.

ООО НПЦ «УВИКОМ» - разработчик широкого ассортимента углеволокнистых наполнителей и композитов на их основе. УВ различаются по происхождению сырья - синтетического полиакрилонитрила (ПАН), или природного, как гидрат-целлюлоза (ГЦ) и мезо-фазные пеки.

В РФ сегодня выпускаются УВ на основе ГЦ под торговой маркой УВИС, и на основе полиакрилонитрильного волокна (УКН, УК, ЭЛУР, ЛУ и т. д.). Для них характерно сочетание высоких упруго-прочностных показателей с электропроводностью, теплопроводностью, антифрикционными свойствами, химической стойкостью. В этой статье речь идет о термопластичных хаотично-армированных углепластиках, получаемых методом двушнековой экструзии и перерабатываемых литьевым прессованием или литьем под давлением. Учитывая возможности сырьевой отечественной базы и техническую оснащенность наших потребителей, мы ограничили свои разработки полиамидными и полипропиленовыми композициями. На рис. 1 и 2 показаны зависимости прочности и модуля упругости углепластиков от содержания волокнистого наполнителя, а также сопоставляются уровни свойств этих материалов в XX и XXI веках.

На рис. 1 видно, что благодаря межфазному взаимодействию на границе раздела волокно - матрица, угленаполненный полипропилен перешел в класс конструкционных пластиков. Это делает его конкурентоспособным, а в случае эксплуатации в неблагоприятных атмосферных условиях или в воде - незаменимым. В ООО «НПЦ «УВИКОМ»  разработаны и нашли применение в химическом и специальном машиностроение полипропилены марки УПП с различным содержанием УВ. В частности, из материала УПП-30 изготавливались корпуса химических насосов, УПП-30М - подшипники скольжения для манипуляторов подводных исследовательских установок.

Исследования трения УПП-30М, проведенные в ИНЭОС РАН, подтвердили чрезвычайно низкое значение коэффициента трения и отсутствие износа при работе в воде. Кроме того, для подшипников, изготовленных из этого материала, характерно сохранение геометрических размеров при длительной выдержке в водной среде. Таким образом, эти материалы могут быть рекомендованы для использования в судостроении.

Как следует из рис. 2, прочность и модуль упругости композитов на основе полиамида-6, благодаря усилиям исследователей, возросли более чем в два раза (пунктирные кривые). По своим удельным механическим показателям  эти материалы не уступают цветным металлам и их сплавам. А преимущества таких высокопроизводительных методов переработки, как литье под  давлением, экструзия, литьевое прессование, и т. п. делают их применение оправданным, даже с учетом высокой стоимости УВ.

Повышенный модуль упругости, антистатические, антифрикционные свойства, электропроводимость при высоком содержании УВ в композитах выгодно отличают термопластичные углепластики от их основных конкурентов – стеклопластиков. Специфические свойства углепластиков проявляются уже при 15% содержании углеродного волокна, а если требуется обеспечить повышенную прочность, то можно использовать гибридизацию. Т. е. вводить еще один тип наполнителя - иной природы и более дешевый. В качестве примера, в табл. 1 приведены свойства гибридных композиций на основе УВ, стеклянных волокон и шариков.

Выпускаемые промышленностью полимеры являются диэлектриками. При изготовлении и эксплуатации изделий из них, на поверхности возникают и накапливаются электрические заряды. Для предотвращения этого в полимер могут вводиться антистатические поверхностно-активные вещества, уменьшающие поверхностное сопротивление. Содержание антистатиков, как правило, не превышает 2%, однако они обычно снижают прочность материала и не обеспечивает равномерности антистатических свойств.

Другой прием заключается во введении в полимерную матрицу электропроводящих наполнителей - металлов и их соединений (серебро, никель, медь), а также электропроводящих углеродных волокон. Этот прием позволяет получать композиты с высокой электропроводностью (на уровне алюминия). Для придания антистатических свойств достаточно ввести 10-15% углеволокнистого наполнителя.

Возможно сочетание трудногорючести и антистатики в одном материале. Такой универсальный материал незаменим при производстве систем оповещения, телефонных аппаратов, корпусов светильников, взрывателей и т. п. - для эксплуатации в шахтах, корпусов различных анализаторов, устанавливаемых на газо- и нефтепроводах. В табл. 2 приведены свойства трудногорючих антистатических композиций.

Значительная доля хаотично-армированных термопластичных углепластиков (около 50%) используется для изготовления деталей узлов трения, в том числе - с затрудненным поступлением смазки. Введение углеволокнистого наполнителя в термопласт помимо снижения коэффициента трения и повышения износостойкости, способствует значительному снижению температуры в зоне контакта трущихся поверхностей, что существенно повышает срок эксплуатации деталей.

Разнообразные подшипники скольжения, втулки, вкладыши, компрессионные кольца, шестерни и т. д. в автомобилях, промышленных тракторах, сельскохозяйственных комбайнах и приборах изготавливаются из углепластиков. ООО «НПЦ «УВИКОМ» в сотрудничестве с ИНЕОС РАН накопил существенный опыт в области создания антифрикционных материалов (Патент РФ №2237690 от 10.10.2004). Технические условия ТУ 2253-0001-18070047-00 включены в реестр АвтоВАЗа. На рисунке 3 можно видеть детали узлов трения, изготовленные из литьевых углепластиков и другие примеры применения этих уникальных материалов.

ООО «Научно-производственный центр “Углеродные волокна и композиты (Увиком)”»
Россия, Московская обл ., 141009 Мытищи, ул. Колонцова , д. 5, а/я 205
тел.: (495) 586 9097, 586 7093
факс: (495) 583 3613, 586 2657
e-mail: uvicom@ropnet.ru
http://www.uvicom.com

Партнеры