Технологический суверенитет: композитные материалы в России

ТАМБОВСКОЕ ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ПРОМЫШЛЕННО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

Технологический суверенитет:

композитные материалы в России

Автор:

Кондаков Никита Сергеевич, студент 1 курса, гр.1ТТД 

Руководитель:

Ширяева Галина Борисовна,

преподаватель

Мичуринск, 2023  

Актуальность теоретического исследования указанного вопроса связана с тем, что в современном производстве создание и использование новых композитных материалов для специального применения имеет важное значение.

Цель работы: узнать, как и где используются композиционные материалы.

Задачи:

• Определить что такое композиционные материалы, каких видов и типов они бывают. Выяснить какими физическими свойствами обладают композиционные материалы. Узнать, как и где применяются композиционные материалы. Подтвердить или опровергнуть гипотезу: «Благодаря композиционным материалам самолеты становятся легче и могут летать быстрее, выше и дальше с меньшими расходами».
• Определить что такое композиционные материалы, каких видов и типов они бывают.
• Выяснить какими физическими свойствами обладают композиционные материалы.
• Узнать, как и где применяются композиционные материалы.
• Подтвердить или опровергнуть гипотезу: «Благодаря композиционным материалам самолеты становятся легче и могут летать быстрее, выше и дальше с меньшими расходами».

Гипотеза: эффективное использование композитных материалы в различных промышленных областях обеспечит технологический сувере-нитет России.  

Объект исследования: композиционные материалы.

Предмет исследования: особенности использования композиционных материалов.

Методы исследования:

1. Изучение и анализ теоретических источников.

2. Опрос.

3. Сравнение и сопоставление.

4. Анализ и обработка данных.

История открытия композиционных материалов

Годы

-10 000 -5000 0 1000 2000

Камень и дерево

Камень и дерево

Глина Бронза Золото Алюминий Титан

Синтетические материалы

Фенолы

Армированные волокна

Композиционные материалы

Интеллектуальные материалы

Рисунок 1 - Индустрия композиционных материалов

Классическим примером является саманный кирпич, где сочетание глины и соломы образует композит, который прочнее любой глины или соломы самих по себе.

Рисунок 2 - Изготовление саманного кирпича

Рисунок 3 - Лук - композитная конструкция

Рисунок 4 - Углеродная нанотрубка

Передний край современной науки - это интеллектуальные композиты.

Это материалы 3-го поколения - так называемые интеллектуальные материалов (ИМ), которым «передан» интеллект ученого и инженера. К ним можно отнести:

• Материалы, способные активно противодействовать внешним факторам (нагрузкам, излучению и др.) И адаптироваться к ним после оценки характера внешнего воздействия и собственного состояния;
• Конструкционные материалы, способные анализировать и управлять своими эксплуатационными характеристиками;
• Радиопоглощающие материалы, адекватно реагирующие на внешние электромагнитные воздействия радиолокационных станций (РЛС) и т..

Классификация композитов может осуществляться по разным признакам

Рисунок 5-Классификация композитов

Понятие полимерных композиционных материалов (ПКМ)

Самая интересная группа композитов – полимеры. Это не фанера и не солома в кирпичах, а сложные в производстве материалы, иногда включающие работу даже на наноуровне (10 в -9 степени).

Полимерные композиционные материалы (ПКМ) - это гетерогенные системы, состоящие из двух или более компонентов, различающихся по химическому составу, физико-механическими характеристиками и разделенных в материале четко выраженной границей, причем одни из компонентов являются армирующими составляющими, а другие - связующими их матрицами

Рисунок 6 – Простейшая схема ПКМ:1-наполнитель; 2-межфазный слой; 3 – матрица(связующее)

Классификация ПКМ, применяемых при изготовлении деталей

Классификация ПКМ может осуществляться по различным кри­териальным признакам (рис. 8).

• по назначению;
• по типу связующего;
• по типу наполнителя;
• по типу ориентации армирующих компонентов (схеме армирования);
• по эксплуатационным свойствам.

Рисунок 8- Классификация ПКМ по различным критериальным признакам

Области применения ПКМ в машиностроении и смежных отраслях

В настоящее время полимерные композиционные материалы применяются в различных областях промышленности :

• в строительстве
• при производстве железобетона (железо –наполнитель, бетон – матрица), ДСП (деревянная стружка и клей) и др.;
• в авиации – при изготовлении обшивки, обтекателей и фюзеляжей самолетов, элементов отделки салонов, рулей, стабилизаторов, шасси и др.;
• в автомобилестроении – при производстве кузовных деталей, элементов отделки кабины и др.

За основу материалов для автомобилестроения взята металлическая, полимерная или керамическая матрица, а в качестве дополнительного армирования выступают нитевидные кристаллы, стекловолокно и прочие компоненты. Подобное сочетание позволяет создавать детали для любого вида транспорта, которые отличаются:

• легкостью (тем самым снижается как общий вес машины,

так и расход топлива);

• экологичностью (вредные выбросы сводятся к минимуму);
• повышенной удельной прочностью;
• жесткостью;
• устойчивостью к горению и плавлению.

Детали из стекловолокна, подходят для производства авиатехники, автомобилей, речного транспорта, поездов и ветрогенераторов. Из материалов могут быть созданы лопасти, трубы, кузова и прочие части машин

Рисунок 11- Авиа- и вертолетостроение

Рисунок 13 - Судостроение.

Рисунок 12 - Автомобилестроение

Рисунок 15 - Ветроэнергетика.

Рисунок 14 - Вагоностроение

Одним из наиболее распространенных на сегодняшний день ви¬дов неметаллических материалов является капролон - материал кон¬струкционного и антифрикционного назначения, применяемый в раз¬личных отраслях промышленности для изготовления различных дета¬лей :

• втулок, подшипников скольжения, облицовок, направляющих и вкладышей узлов трения, работающих при нагрузке до 20 МПа;
• шкивов, блоков, колес и роликов грузоподъемных механизмов с тяговым усилием до 30 т, гидравлических тележек, кран-балок, транспортеров, конвейеров;
• корпусов, кронштейнов для различных приборов и автоматов, ступиц колес тележек, вагонеток, вакуумных и карусельных фильтров, к которым предъявляются повышенные требования по ударостойкости.

Рисунок 17 - Детали автомобилей, производимые из ПКМ

Рисунок 18 – Основные области применения ПКМ при производстве и ремонте дорожно-строительных машин

САМОЛЕТ МС-21

https://youtu.be/ourPya5JaEI

Заключение

В настоящей работе кратко рассмотрены классификация и области применения композитных материалов. Среди них машиностроение, авиа- и автомобилестроение, космонавтика, медицина, строительство.

Гипотеза, что эффективное использование композитных материалы в различных промышленных областях обеспечит технологический суверенитет России подтвердилась.

Технический уровень развития промышленного производства стра-ны характеризуют видом материала, позволявшего создавать наиболее передовые орудия и средства производства

Спасибо за внимание!