Создание новых углерод-углеродныхкомпозиционных материалов сприменением углеродных нанотрубок.Номинация –«Инновационные композитные материалы в космических технологиях ителекоммуникациях» Автор проекта - Бервено АлександрОбразование: высшее, химик, ХФ КемГУИнститут химии твёрдого тела и механохимии СО РАНИнститут углехимии и химического материаловедения СО РАНООО «Сорбенты Кузбасса»Телефон: 89234889619www.sorbkuz.ru, sorbkuz@mail.ru
Инновация
В результате проекта планируется разработать высокопрочные идешёвые углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ)состоящие из изотропного пека, армированного углеродныминанотрубками (УНТ), а также методика введения и технологияорганизации (ориентации) УНТ в пеках.
В лабораторных условиях в лаборатории ИУХМ СО РАН полученыУУКМ, которые обладают повышенной прочностью - в 2 раза выше,чем без введения в матрицу (связующее) композитов УНТ.
В качестве термопластичного связующего для получения УУКМиспользуется высокотемпературный пек с предварительноориентированными УНТ. Армирование позволяет упрочнитькомпозиты, увеличить термическую и электрическую стабильностьУУКМ. Достигнуто увеличение на 50-200% механическиххарактеристик полученных композитов (при введении окисленных вплазме МУНТ и нановолокон).
Области применения
Ведущие мировыепроизводители - Toray (JP),Toho Tenax (JP), Zoltek (USA),Mitsubishi Rayon (JP)
Объем рынка УВ:
Мировой – 2,5 млрд. $;
Российский – 25 млн. $.
Российский рынок УВ(млн.$).
Отечественные потребители:
ГК «Ростехнологии»,ГК «Росатом»,ОАО «Роснанотех», ХК«Композит», ФГУП НИИ «Графит», ФГУП «ВИАМ»,ФГУП «ГНИИХТЭОС», ФГУП «Салют», ФГУП «ОбнинскоеНПП «Технология», ОАО «ОАК», ФГУП «НПП «Алмаз»,ФГУП «НИИКМ», ФГУП «Красный Октябрь», ОКБ «Сухой» и др.
В качестве матрицы в УУКМ используются различныетермопластичные полимерные и углеродные материалы (в томчисле каменноугольные и нефтяные пеки).
Традиционно в качестве связующих в композиционных пластикахиспользуют эпоксидные смолы, имеющие высокую прочность иадгезию к армирующим наполнителям, однако они имеют низкуютеплостойкость, поэтому их армируют наночастицами, хлорируют имодифицируют другими химическими реагентами для улучшения ихсвойств.
К конструкторским преимуществам композитов на основетермопластичных связующих относят надежность изделий из них,достигаемую прежде всего вследствие низкого уровня остаточныхнапряжений, релаксирующих в термопластичной матрице в первыечасы формования изделий.
Однако промышленно внедренных технологий полученияэффективных и дешевых УУКМ на их основе в России нет.
Получаемые УУКМ могут заменить композиты на основе полимеров.
Заменяемые решения
Конкуренты
На сегодняшний день, Ламборджини, Феррари, Бугатти и корпорацияБоинг успешно использует углеволокно и углепластики длядостижения высоких показателей по динамике и понижению веса.
При использовании композитов армированных УНТ, возможнодостижение лучших показателей прочности, по сравнению суглеволокнами, используемыми Lamborghini.
УУКМ на основе изотропных пеков и УНТ не выпускается, японскиекомпании (Toray, Kureha, Mitsubishi Rayon) только начали вестиразработки УУКМ на основе нефтяных пеков с введением УНТ,наноалмазов и фуллеренов.
В Европе уже созданы истребители, пассажирские и транспортныесамолёты, ракеты и яхты с использованием УУКМ.
Конкуренты в РФ отсутствуют.
Преимущества метода
Использование термопластичных связующих может привести кзначительному снижению стоимости изделий из композитов.
По уровню механических характеристик некоторые термопласты неуступают отвержденным термореактивным связующим ипревосходят их по таким свойствам, как химическая стойкость игерметичность.
Технологические преимущества термопластов: неограниченнаяжизнеспособность сырья и полуфабрикатов, резкое сокращениецикла формования изделий за счет исключения необходимостиотверждения связующего, расширение технологическихвозможностей и т.п.
В лабораторных условиях в ИУХМ СО РАН получены УУКМ, которыеобладают повышенной прочностью - в 2 раза выше, чем безвведения в матрицу (связующее) композитов УНТ. Также онипроявляют повышенную стабильность при увеличении температурыдо 300-400С. Армирование позволяет упрочнить композиты,увеличить термическую и электрическую стабильность УУКМ.
Предлагаемая разработка направлена на создание новогопоколения дешёвых и конкурентоспособных отечественных углерод-углеродных композиционных материалов с улучшеннымипрочностными характеристиками, что является стратегическиважным для оборонной промышленности страны.Разработка находится на стадии НИР. Ведётся получение волокон ипеков, закуплены УНТ, планируется разработка УУКМ.Имеющееся оборудование: ЭПР, ЯМР, ИК-спектрометр,сканирующий растровый микроскоп, разрывная машинка,контроллер диаметра волокна, измеритель микротвердости итекстуры волокна, пресс, термодесорбометр, рентген и др.
Стадия инновации
Стратегия продвижения
Создана компания «Сорбенты Кузбасса»,
с информацией о продукте, проводимыхисследованиях услугах компании и института;
Участие проекта в тематическихвыставках, форумах и конференциях
Регулярные статьи о проекте в научно-технических и научно-популярных журналах(«Наука и жизнь», «Роснанотехнологии»,
«Деловой Кузбасс» и другие)
Размещение компании в Кузбасскомтехнопарке