В соответствии со «Стратегическими направлениями развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» по направлению № 3 «компьютерные методы моделирования структуры и свойств материалов при их создании и работе в конструкции» реализуется комплексная проблема 3.3 «Технология прогнозирования свойств, моделирования и реализации современных процессов конструирования и производства изделий из неметаллических и композиционных материалов с использованием цифровых методов, совместимых с CAD/CAM/CAE и PLM системами». По направлению № 10 «Энергоэффективные, ресурсосберегающие и аддитивные технологии получения деталей, полуфабрикатов и конструкций» реализуется комплексная проблема 10.11 «Энергоэффективные ресурсосберегающие технологии механической обработки металлических и неметаллических композиционных материалов». По направлению № 13 «Полимерные композиционные материалы» реализуются комплексные проблемы 13.1 «Связующие для полимерных и композиционных материалов конструкционного и специального назначения» и 13.2 «конструкционные ПКМ».
В настоящее время во ФГУП «ВИАМ» ведутся работы по освоению следующих технологий изготовления деталей из ПКМ.
«Классическая» автоклавная технология наиболее широко распространена в мире для изготовления силовых деталей из ПКМ авиационного назначения. Предполагает выкладку пропитанного связующим армирующего наполнителя (препрега) на оснастку с последующим формованием в автоклаве при повышенной температуре и давлении.
Вакуумное формование препрега позволяет изготовлять детали из ПКМ без использования избыточного давления (под действием вакуума), что дает возможность отказаться от применения дорогостоящего автоклава. Реализация технологии возможна путем применения специализированных связующих и оптимизации режимов формования.
Пропитка под давлением – изготовление деталей путем пропитки армирующего наполнителя, уложенного в оснастку закрытого типа, полимерным связующим с низкой вязкостью, подаваемым в форму под давлением. При этом процессы пропитки наполнителя и формования детали совмещены в единый цикл. К преимуществам такого способа можно отнести отсутствие необходимости в дорогостоящем оборудовании, хорошие условия труда (отсутствует непосредственный контакт человека со связующим), возможность изготовления деталей сложной формы, возможность использования трехосноармированных наполнителей, невысокая стоимость процесса, точность геометрических размеров получаемых изделий, возможность организации крупносерийного производства деталей.
Вакуумная инфузия – разновидность безавтоклавной технологии, однако предполагает применение более дешевой оснастки открытого типа, а также более простого оборудования (благодаря применению для подачи связующего вакуума вместо избыточного давления). одна из наиболее перспективных и быстроразвивающихся технологий.
Данная технология позволяет существенно снизить энергетические, финансовые и трудозатраты при производстве деталей.
Установка вакуумной инфузии
Пропитка с использованием пленочных связующих – аналогична технологиям RTM и вакуумной инфузии, процесс пропитки наполнителя связующим совмещен с процессом формования детали. Однако пропитка наполнителя осуществляется не в продольном, а в поперечном направлении, благодаря применению связующих, представляющих собой (при комнатной температуре) эластичные пленки.
Технология позволяет изготовлять изделия из ПКМ вакуумным способом, в том числе с возможностью использования заранее сформированных пакетов наполнителя – так называемых преформ, а также прошитых в трансверсальном направлении пакетов наполнителя, что повышает в получаемом пластике характеристики вязкости разрушения и стойкости к ударным воздействиям. Таким образом получают детали с заданным объемным содержанием наполнителя в пластике и, как следствие, с заданными геометрическими и упруго-прочностными характеристиками.
Технологии изготовления препрегов – полуфабрикаты полимерных композиционных материалов (препреги) могут изготовляться на основе связующих растворного, расплавного и порошкового типа. Экспериментальная база ФГУП «ВИАМ» оснащена более чем 10 установками по изготовлению препрегов, позволяющими изготавливать препреги на любых типах армирующих наполнителей и связующих на основе порошков, растворов, низковязких и высоковязких расплавов.
Во ФГУП «ВИАМ» создана экспериментально-технологическая база с возможностью малотоннажного производства, позволяющая проводить научные исследования на мировом уровне.
Химический участок по изготовлению связующих. Выпускаются связующие для изготовления препрегов для ПКМ, объем производства связующих – до 10 тонн в год.
Участок по изготовлению препрегов для ПКМ производительностью до 50000 м2 в год. Оснащен установками УПСТ1000М для производства препрегов по растворной технологии. Поставляет препреги для углепластиков КМУ-4э-2м, КМУ-7Т, стеклопластиков ВПС-33, ВПС-34 и других ПКМ.
Участок по изготовлению расплавных и клеевых препрегов оснащен самым современным высокоавтоматизированным оборудованием с компьютерными системами управления, включая: специализированную опытно-промышленную линию для производства расплавных, клеевых калиброванных препрегов и пленочных клеев Coatema BL-2800 (Германия) с производительностью 6–10 м/мин (при ширине препрега до 1200 мм) и опытную установку «Фрегат»; компьютеризированное оборудование для многопараметрического автоклавного формования образцов, конструктивноподобных элементов и малогабаритных деталей из ПКМ.
Опытно-промышленная установка для производства препрегов Coatema BL-280
На участке функционирует производственное помещение «чистая комната» (класса 100 000 по ГОСТ ИСО 14644-12000 и FED STD 209E) для сборки заготовок из препрегов полимерных композиционных материалов, а также специализированное оборудование для хранения исходных компонентов и готовой продукции и контроля их качества.
Выкладка препрега для автоклавного
формования в помещении «чистая комната»
Участок обеспечивает поставку клеевых препрегов марок КМКС-1.80.ПТ10, КМКС-2.120.Т10, КМКС-2.160.Т60, КМКС-2.120.Т64, КМКУ-2.120.Э0,1, КМКУ-2.120. Э0,8, а также препрегов, углепластиков ВКУ-25, ВКУ-27, стеклопластика ВПС-31 и других ПКМ.
Участок по изготовлению препрегов и деталей из ПКМ Ульяновского научно-технологического центра оснащен пропиточной установкой УПР-4 с производительностью 30000–50000 м2/год препрегов ПКМ с применением расплавных и высококонцентрированных растворных связующих, а также печами и прессовым оборудованием для выпуска деталей интерьера авиационного, железнодорожного, автомобильного назначения и силовых деталей конструкции изделий малой авиации.
Участок по изготовлению препрегов для ПКМ в Воскресенском ЭТЦ ВИАМ производительностью до 25 тонн в год. Оснащен установками УПСТ-300 и УОЛ-300. Позволяет поставлять препреги для углепластиков КМУ-4э-2м, КМУ-7т и др., стеклопластиков ВПС-31, ВКГ-5.
Участок по изготовлению препрегов антифрикционных органопластиков – листового органопластика органит 11ТЛ и препрега баллистически стойкого органопластика ВКО-2ТБ.
Участок по изготовлению фенолокаучуковых пенопластов производительностью до 15 тонн в год. Поставляет полуфабрикаты пенопластов ФК-20, ФК-40 и ФФ в виде исходных полуфабрикатов и готовых деталей. Мощность участка, оснащенного современным технологическим оборудованием, позволяет полностью удовлетворять потребности авиационной и смежных отраслей промышленности в пенопластах типа ФК.
