Временный научный коллектив (ВНК) Передовой инженерной школы «Комплексная авиационная инженерия» (ПИШ КАИ) получил новые результаты исследовательской работы в области композитных технологий. Группа ученых создала принципиально новый способ производства толстостенных и объемно-армированных изделий из полимерных композиционных материалов, выигрывающий у традиционных методов производства за счет удешевления процесса, скорости и стабильности. Разработанная технология уже оформлена в виде заявки на изобретение.

Суть инновационного метода, предложенного в рамках нацпроекта «Новые материалы и химия», заключается в управляемом изменении специально создаваемого зазора между элементами технологической оснастки на разных этапах производственного процесса. Это позволяет полимерному связующему свободно проникать вглубь армирующей преформы и эффективно удалять воздух, что в совокупности критически важно для обеспечения высокого качества конечного изделия.

Как рассказал руководитель ВНК и специального образовательного пространства ПИШ КАИ «Интенсивное формование ПКМ», научный сотрудник Центра композитных технологий КНИТУ-КАИ Димитрий Константинов, предлагаемый способ изготовления композитного изделия предусматривает следующую последовательность технологических операций. Собирают пакет из слоев армирующего волокнистого наполнителя, который укладывают в технологическую оснастку. Элементы технологической оснастки смыкают с образованием технологического зазора между формообразующими поверхностями. Оснастку подключают к вакуумной системе, проводят вакуумирование до остаточного давления 0,01–0,2 бар и выдерживают при температуре 25–125 °С в течение не менее 10 минут. После вакуумирования проводят пропитку трансферным методом сухого армирующего материала полимерным связующим под давлением 1–20 бар. После завершения пропитки выполняют выдержку при температуре 120–250 °С в течение не менее 30 минут, после чего осуществляют полное замыкание элементов технологической оснастки. Далее проводят выдержку при установленной температуре в течение 30–500 минут, затем осуществляют охлаждение технологической оснастки со скоростью 0,2–10 градусов в минуту до температуры 20–75 °С. После охлаждения элементы технологической оснастки размыкают и извлекают композитное изделие.

«По мере продвижения процесса зазор постепенно уменьшается вплоть до полного смыкания элементов оснастки. Этот этап создает необходимое давление для качественного уплотнения материала и точного формирования геометрии изделия, – отметил Димитрий Константинов. – Ключевое преимущество метода состоит в четком разделении во времени двух важнейших процессов – пропитки и уплотнения армирующего материала. Регулируемый зазор выступает в роли активного технологического параметра, позволяя максимально оптимизировать каждый этап производства и обеспечивает высокую повторяемость характеристик готовых изделий».

Новая технология дает заметное повышение однородности структуры материала при одновременном снижении остаточной пористости готовых изделий. Кроме того, метод позволяет заметно сократить время, необходимое для пропитки композитных деталей. Совокупность этих преимуществ создает широкие возможности для производства разнообразных изделий. В частности, технология применима при изготовлении сложных объемно-армированных деталей, элементов силовых конструкций, толстостенных панелей.

Разработанный способ поддерживает программу по созданию адаптивного технологического процесса. Новая технология создает основу для разработки более надежных, легких и долговечных конструкций для авиастроения, судостроения и машиностроения: монолитных и объемно-армированных деталей сложной кривизны, силовых элементой и узлов, толстостенных обшивок и панелей в авиа-, судо- и машиностроении.

С 2025 года проект «Передовые инженерные школы» реализуется в рамках национального проекта «Молодежь и дети».