«Лёгкие и прочные»: новосибирцам рассказали о композитах

Одним из специальных гостей фестиваля науки «КСТАТИ: материалы» стал
Семён Кишилов, заместитель генерального директора по исследованиям и
разработкам компании «Umatex», входящей в дивизион «Перспективные
материалы и технологии» Госкорпорации «Росатом». Семён рассказал
студентам Новосибирского государственного технического университета и
школьникам из аэрокосмического лицея, что такое композиты и где их
применяют уже сейчас.
Один из видов композитов – углепластики. Наполнителем в этих
полимерных композитах служат углеродные волокна. Углеродные волокна
получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы,
сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и т.д.
Термическая обработка волокна проводится, как правило, в три этапа
(окисление — 220° С, карбонизация — 1000-1500° С и графитизация — 1800-
3000° С) и приводит к образованию волокон, характеризующихся высоким
содержанием (до 99,5 % по массе) углерода.
В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное
углеволокно имеет различную структуру. Для изготовления углепластиков
используются те же матрицы, что и для стеклопластиков — чаще всего,
термореактивные и термопластичные полимеры.
Основными преимуществами углепластиков по сравнению со
стеклопластиками является их низкая плотность и более высокий модуль
упругости. Углепластики — очень лёгкие и в то же время прочные
материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой
коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят
электричество, но они чёрного цвета, что несколько ограничивает области их
применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении,
машиностроении, производстве космической техники, медтехники, протезов,
при изготовлении лёгких велосипедов и другого спортивного инвентаря.
«Температура получения некоторых углеродных волокон достигает трёх
тысяч градусов. Это и позволяет материалу впоследствии применяться при
высоких температурах: в соплах ракет и теплозащите космических
аппаратов», — рассказал Семён Кишилов.
«Волокно может быть дискретным, представляя собой мелкую рубленую
фракцию. Оно также может располагаться в виде однонаправленной ленты,
плетёной структуры или ткани. Тип тканой структуры определяется
изделием, которое предполагается из неё изготавливать: сноуборд, лопасть
вертолёта, крыло автомобиля».

Лекция Семёна Кишилова состоялась в рамках четвёртого фестиваля науки
«КСТАТИ» в Новосибирске, который проводит сеть Информационных
центров по атомной энергии при поддержке Госкорпорации «Росатом»,
Топливной компании «ТВЭЛ» и мэрии города Новосибирска. В 2019 году
темой фестиваля стали материалы.

«Волокна превращаются в пластик при помощи связующего вещества. В
основном они делятся на термоактивные и термопластичные связующие.
Первые нельзя повторно нагреть и расплавить, а вторые можно»

«Важная область применения углеродных волокон — спорт. В 1959 году
английское производство углеволокна было направлено на изготовление
лопастей даигателей военных самолётов. А японские производители в то же
время стали изготавливать спортивный инвентарь. В современном мире,
именно японские производители лидируют на рынке, выбрав правильный
путь применения композитов в широких сферах».

«Самый простой и дешёвый способ изготовления композитных материалов
— напыление. Так делают, например, бамперы автомобилей».

Подробно остановился на препрегах. Препреги UMATEX изготавливаются
путем пропитки углеродного волокна UMT или тканей на его основе
термореактивным связующим. Препрег на основе углеродного волокна UMT
и полимерного связующего имеет высокую прочность и позволяет снизить
вес конечного продукта.
Углеродное волокно UMT — это прочный, упругий и легкий
высокотехнологичный материал на основе полиакрилонитрильного волокна.
Наибольшее применение препреги получили в авто- и самолётостроении.